CN205046058U - 一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置，该装置包括载气罐、载气预热罐、输送泵、离子液体储罐、电助裂解反应器、进料斗、分离器、冷凝器、液体产物收集罐、气体产物收集罐；其中电助裂解反应器包括筒体、阳极、阴极；本装置可以利用生物质原料热解得到燃料油和可燃气，采用可循环利用的离子液体为反应介质，使生物质受热均匀，电助裂解反应器加电压后可使裂解产物朝着高附加值产物的方向进行，提高了裂解效率，具有运行稳定、能耗低、无二次污染等优点。
Description
技术领域
本实用新型属于生物质的利用技术领域，具体涉及一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置。
背景技术
生物质包括各类农作物秸秆和其他农林残余废弃物等，据估计我国生物质年资源总量不低于10×108t。生物质是与环境友好的一种可再生资源，在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温会引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物，是生物质能的一种重要利用形式。根据生物质热裂解的特点，快速裂解和快速冷凝是达到液体燃料的最大收率，因此国内外普遍采用的是流化床反应器。但是，由于自身生化组成和结构特点，这类物质裂解反应产油率不高，所得油质量不佳，因此限制了其工业化的推广应用。
目前国内外开发的反应器种类很多，形成了不同的工艺，主要有机械接触式反应器工艺，间接式反应器工艺，混合式反应器，真空移动床反应器等。机械接触式反应器工艺采用热量传递方式为热传导，常见的有烧蚀热解反应器、旋转锥反应器等，但存在设备磨损大、能耗大、操作难度大等问题。间接式反应器的主要特征是有一高温的表面或热源提供生物质热解所需的热能，其主要是通过热辐射进行热量传导，常见的热天平归属此类，但作为实验室设备难以工业化放大。常见的混合式反应器有流化床反应器、快速引射床反应器、循环流化床反应器等，其中流化床反应器对物料粉碎要求较高，原料颗粒尺寸要求较小，大大增加了原料的加工成本且规模大时热效率较低；循环流化床反应器不易于大型化使用，且存在焦渣磨损设备的问题。真空移动床反应器要求非常好的真空度，这就对真空泵和密封材料提高了要求，因此增大了制造成本和运行难度。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置，该装置包括载气罐1、载气预热罐2、输送泵3、离子液体储罐4、电助裂解反应器5、进料斗6、分离器7、冷凝器8、液体产物收集罐9、气体产物收集罐10；其中电助裂解反应器5包括筒体11、阳极12、阴极13，阳极12设置在阴极13中并由设置在筒体11上的电机19带动旋转，阳极12和阴极13设置在筒体11中，筒体11上部设置有进料口14、出气口15，筒体下部设置有出料口16、离子液体入口17和进气口18；载气罐1通过载气预热罐2与电助裂解反应器5的进气口18连通，离子液体储罐4通过输送泵3与电助裂解反应器5的离子液体入口17连通，电助裂解反应器5的出料口16通过分离器7与离子液体储罐4连通，进料斗6设置在电助裂解反应器5的进料口14上，电助裂解反应器5的出气口15与冷凝器8连接，冷凝器8出口与液体产物收集罐9连接，气体产物收集罐10与冷凝器8连接。
所述阳极12为螺旋状阳极。
所述阴极13为网格圆筒状阴极。
所述分离器7为旋风分离器。
所述螺旋式阳极材料为碳素电极、石墨电极、金属电极或经修饰的复合材料电极；其中金属电极为铂电极、金电极、钛电极、铝电极或钯电极；经修饰的复合材料电极为利用金属、金属氧化物或两者混合物修饰的石墨电极或钛基电极，修饰用的金属为锡、铅、锰、钼、锑、铈等中的一种或两种。
所述网格圆筒式阴极为纳米电极、活性炭电极、石墨电极、碳纤维电极、金属电极或经修饰的复合材料电极；其中金属电极为铂电极、金电极、钛电极、铝电极或钯电极；经修饰的复合材料电极为利用金属、金属氧化物或两者混合物修饰的石墨电极或钛基电极，修饰用的金属为锡、铅、锰、钼、锑、铈等中的一种或两种。
所述电助裂解反应器中电级的加压方式为阳极加压、阴极加压、阴阳极加压中的一种。
使用时，通过进料斗6从电助裂解反应器5的进料口14加入生物质，关闭进料口，储存在载气罐1中的载气通过载气预热罐2预热后由进气口18通入电助裂解反应器5中，离子液体储罐4中的离子液体通过输送泵3由离子液体入口17进入电助裂解反应器5中，生物质在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，产生的挥发分在载气的携带下，由出气口15进入冷凝器8，一部分挥发分冷凝后收集到液体产物收集罐9中，未被冷凝的挥发分被收集到气体产物收集罐10中，剩余的残渣与离子液体进入分离器7中分离，离子液体流入离子液体储罐4中循环利用。
本实用新型的优点和技术效果：
1、采用离子液体为反应介质，生物质受热均匀，缩短了裂解时间，提高了裂解效率；
2、使用电助裂解反应器，通过添加电压使裂解产物朝着高附加值产物的方向进行，过程易于控制，提高了裂解效率；
3、离子液体与反应残渣通过旋风分离器分离，使离子液体循环利用，降低了运行成本，能耗减少；
4、载气经过预热再通入反应器，有助于生物质均匀受热，缩短了裂解时间，提高了裂解效率。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型电助裂解反应器结构示意图；
图中：1-载气罐；2-载气预热罐；3-输送泵；4-离子液体储罐；5-电助裂解反应器；6-进料斗；7-分离器；8-冷凝器；9-液体产物收集罐；10-气体产物收集罐；11-筒体；12-螺旋状阳极；13-网格圆筒状阴极；14-进料口；15-出气口；16-出料口；17-离子液体入口；18-进气口；19-电机。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1、2所示，本电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置包括载气罐1、载气预热罐2、输送泵3、离子液体储罐4、电助裂解反应器5、进料斗6、分离器7、冷凝器8、液体产物收集罐9、气体产物收集罐10；其中电助裂解反应器5包括筒体11、阳极12、阴极13，阳极12设置在阴极13中并由设置在筒体11上的电机19带动旋转，阳极12和阴极13设置在筒体11中，筒体11上部设置有进料口14、出气口15，筒体下部设置有出料口16、离子液体入口17和进气口18；载气罐1通过载气预热罐2与电助裂解反应器5的进气口18连通，离子液体储罐4通过输送泵3与电助裂解反应器5的离子液体入口17连通，电助裂解反应器5的出料口16通过分离器7与离子液体储罐4连通，进料斗6设置在电助裂解反应器5的进料口14上，电助裂解反应器5的出气口15与冷凝器8连接，冷凝器8出口与液体产物收集罐9连接，气体产物收集罐10与冷凝器8连接；阳极12为螺旋状阳极；阴极13为网格圆筒状阴极；分离器7为旋风分离器。
使用时，通过进料斗6从电助裂解反应器5的进料口14加入玉米秸秆，关闭进料口，储存在载气罐1中的载气（N2）通过载气预热罐2预热后由进气口18通入电助裂解反应器5中，离子液体储罐4中的离子液体（[Bmim]OTf和AlCl3）通过输送泵3由离子液体入口17进入电助裂解反应器5中，生物质在离子液体中受到电化学刺激发生裂解反应，反应过程中以500r/min的速度搅拌，并在螺旋式阳极2和网格圆筒式阴极3上都加电压0.5V，调节裂解温度为140℃，反应时间为100min；产生的挥发分在载气的携带下，由出气口15进入冷凝器8，一部分挥发分冷凝后收集到液体产物收集罐9中，未被冷凝的挥发分被收集到气体产物收集罐10中，剩余的残渣与离子液体进入分离器7中分离，离子液体流入离子液体储罐4中循环利用。
裂解完成后，主要产生的液相产物有5-羟甲基糠醛（含量9.6%）、对乙基苯酚（含量5.2%）、苯甲醚（含量3.7%）；气相产物有H2（含量4.8%）、CO（含量3.7%）、CH4（含量6.4%）、CO2（含量85.1%）。
Claims (4)
1.一种电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置，其特征在于：包括载气罐（1）、载气预热罐（2）、输送泵（3）、离子液体储罐（4）、电助裂解反应器（5）、进料斗（6）、分离器（7）、冷凝器（8）、液体产物收集罐（9）、气体产物收集罐（10）；其中电助裂解反应器（5）包括筒体（11）、阳极（12）、阴极（13），阳极（12）设置在阴极（13）中并由设置在筒体（11）上的电机（19）带动旋转，阳极（12）和阴极（13）设置在筒体（11）中，筒体（11）上部设置有进料口（14）、出气口（15），筒体下部设置有出料口（16）、离子液体入口（17）和进气口（18）；载气罐（1）通过载气预热罐（2）与电助裂解反应器（5）的进气口（18）连通，离子液体储罐（4）通过输送泵（3）与电助裂解反应器（5）的离子液体入口（17）连通，电助裂解反应器（5）的出料口（16）通过分离器（7）与离子液体储罐（4）连通，进料斗（6）设置在电助裂解反应器（5）的进料口（14）上，电助裂解反应器（5）的出气口（15）与冷凝器（8）连接，冷凝器（8）出口与液体产物收集罐（9）连接，气体产物收集罐（10）与冷凝器（8）连接。
2.根据权利要求1所述的电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置，其特征在于：阳极（12）为螺旋状阳极。
3.根据权利要求1或2所述的电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置，其特征在于：阴极（13）为网格圆筒状阴极。
4.根据权利要求1所述的电化学强化液相催化低温裂解生物质的装置，其特征在于：分离器（7）为旋风分离器。
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