CN205473597U - 一种生物质液化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种生物质液化装置，其包括混合器、高压反应器、残渣收集器、冷凝器、液体收集器、气体收集器；混合器通过高压反应器与冷凝器连接，冷凝器分别与液体收集器、气体收集器连接，高压反应器与残渣收集器连接；其中反应器包括筒体、阴极、阳极，阴极和阳极平行设置在筒体中；本装置通过高压反应器使其内水达到亚临界或超临界状态，一方面传热给生物质，另一方面在电解作用下释放游离氢，及时阻断自由基连锁反应，有效增加液体燃料产率并提高其质量；生物质受热均匀，木质纤维素化学键断裂生成离子对中间体，并受到电场刺激，加快了裂解速率，过程易于控制，提高了生物质的利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种生物质液化装置，属于再生能源的技术领域，具体是以亚临界或超临界水为介质通过电解水供氢由生物质制取液体燃料的装置。
背景技术
生物质是指可再生的有机物质，包括以能源为目的的农作物、树木、粮食和私聊作物的残体、水生植物、树木和树木残体、动物粪便及其他废弃物等。生物质转化可产生多种形式的能量，如发电、供热、作为汽车燃料和工业设备提供热量等。生物质的利用转化技术可分为4大类：直接燃烧技术、热化学转化技术、生物化学转化技术和固化成型技术。热化学转化技术又可分为：气化、热解、超临界萃取和直接液化技术等。
目前大规模集中处理生物质的主要方式是热解气化法，但它存在气化产生的气体热值低、不宜存贮和输送、小规模发电成本高等问题。生物质快速热裂解支取生物油是目前世界上生物质能研究开发的前沿技术，但该技术对设备要求高，反应条件苛刻。与快速热解液化技术相比，生物质直接液化即高压液化的反应条件相对温和，对设备的要求相对较低，易于工业化规模生产。
生物质的高压液化主要有两种途径，即氢/供氢溶剂/催化剂路线和CO/H2O/碱金属催化路线。肖海焕等人研究了木化生物质聚糖的低温加氢液化，在6.0MPa氢压、170℃以及8.05%用碱量的条件下加氢使竹子原料在水中溶解，实现木化生物质的液化，液化液得率为58.55%，木化生物质中聚糖转化率为70.62%。专利200510057216.2“一种生物质热解液化的工艺方法及其装置系统”描述了高温流化气和载热体与生物质粉料混合以对生物质进行热裂解，并将热解气与残碳等气固分离，然后将热解气冷凝成生物油。该方法虽然稍微提高了热裂解速率，装置也较简易，但反应所需温度高，气液产物组成比较复杂，热值低。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种以亚临界或超临界水为介质的生物质液化装置，其包括混合器1、高压反应器2、残渣收集器3、冷凝器4、液体收集器5、气体收集器6；混合器1通过高压反应器2与冷凝器4连接，冷凝器4分别与液体收集器5、气体收集器6连接，高压反应器2底部与残渣收集器3连接；
其中高压反应器2包括筒体7、阴极8、阳极9，阴极8和阳极9平行设置在筒体7中，筒体7上部设置有进料口10、出气口11、温度计16、压力表17，筒体下部设置有出料口12，出气口11处设有自动排气阀13，筒体7外部设有夹套14，电加热圈15设在夹套14内，混合器1与进料口10连通，出气口11与冷凝器4连通，出料口12与残渣收集器3连接。
所述高压反应器2在330-374℃，绝对压力为15-30MPa下使其内水达到亚临界状态，在374-480℃，绝对压力为22-30MPa下使其内水达到超临界状态。
所述阴极8为多孔电极板。
所述阳极9为网状电极。
所述网状阳极材料为碳纤维电极、石墨电极、金属电极或金属氧化物电极；其中金属电极为铂电极、钛电极、铝电极或钯电极；金属氧化物电极为氧化锰电极、二氧化钛电极、氧化钴电极、氧化镍电极等。
所述多孔阴极材料铁基合金析氢阴极、镍基合金析氢阴极、贵金属修饰析氢电极、稀土元素修饰析氢电极、高聚物修饰析氢电极等中的一种，其中铁基合金析氢阴极可以为Fe-P、Fe-P-Pt、Fe-Mo、Fe-Mo-Pt合金电极；镍基合金析氢阴极可为Ni-Mo、Ni-Co、Ni-Sn、Ni-Co-Sn合金析氢电极；贵金属修饰析氢电极可为Pt/W２C-GCE析氢电极、Pd-Au(111)析氢电极、Rh-Au(111)析氢电极；稀土元素修饰析氢电极可为Pt-Ce、Pt-Sm、Pt-Ho合金析氢电极；高聚物修饰析氢电极可为聚苯胺修饰镍电极、八羟基富勒醇修饰玻碳电极。
使用时，将原料粉、催化剂和水在混合器1中混合配制成原料浆，然后从高压反应器2的进料口10加入原料浆，关闭所有阀门使反应器完全密封，通过电加热圈15使反应器2升温至所需温度，压力随之增大，此时原料浆中的水达到亚临界或超临界状态，给高压反应器2中的阴极8通入一定电压，原料浆发生电解、热解、溶解和氢转移等一系列反应，反应生成的挥发分由出气口11进入冷凝器4，一部分挥发分冷凝后收集到液体收集器5中，经干燥除去其中水分得到生物油，未被冷凝的挥发分被收集到气体收集器6中，剩余的残渣由出料口12进入残渣收集器3中，经干燥除去其中水分最终得到固态残渣，其可用作燃料或化工原料。
本实用新型的优点和技术效果：
1、采用亚临界或超临界水为反应介质，一方面传热给生物质，使生物质受热均匀，另一方面在电解作用下释放游离氢，及时阻断自由基连锁反应，有效增加液体燃料产率并提高其质量；
2、采用亚临界或超临界水为反应介质，水来源广泛，因此可节约反应成本，降低能耗；
3、使用高压反应器，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。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型高压反应器结构示意图；
图中，1-混合器；2-高压反应器；3-残渣收集器；4-冷凝器；5-液体收集器；6-气体收集器；7-筒体；8-阴极；9-阳极；10-进料口；11-出气口；12-出料口；13-自动排气阀；14-夹套；15-电加热圈；16-温度计；17-压力表。
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，以亚临界或超临界水为介质的生物质液化装置包括混合器1、高压反应器2、残渣收集器3、冷凝器4、液体收集器5、气体收集器6；混合器1通过高压反应器2与冷凝器4连接，冷凝器4分别与液体收集器5、气体收集器6连接，高压反应器2底部与残渣收集器3连接；其中高压反应器2包括筒体7、阴极8、阳极9，阴极8和阳极9平行设置在筒体7中，筒体7上部设置有进料口10、出气口11、温度计16、压力表17，筒体下部设置有出料口12，出气口11处设有自动排气阀13，筒体7外部设有夹套14，电加热圈15设在夹套14内，混合器1与进料口10连通，出气口11与冷凝器4连通，出料口12与残渣收集器3连接；所述高压反应器2在温度400℃、绝对压力22.1MPa下使其内水达到超临界状态。
所述阴极8为多孔电极板；所述阳极9为网状电极。
使用时，将1.8kg经干燥后且颗粒度为40目的毛竹粉，0.108kg催化剂，8L水混合于混合器1中，搅拌均匀后拧开阀门，从高压反应器2的进料口10加入原料浆，关闭阀门；
（1）选择网状石墨电极为阳极，板状纳米电极为阴极。密封升温至400℃，压力为22.1MPa，给阴极通入1.5V的电压，生物质热解开始产气超压时自动排气阀13自动排气恒压，在该状态下保持1.0小时。原料浆发生电解、热解、溶解和氢转移等一系列反应，反应生成的挥发分经冷凝器4冷凝并干燥后得到生物油，收集入液体收集器5；未被冷凝的挥发分被收集到气体收集器6中，剩余的残渣由出料口12进入残渣收集器3中，经干燥除去其中水分最终得到固态残渣。裂解完成后，得到的生物油主要成分为2,3-二氢苯并呋喃，甲氧、乙基、乙烯基和烯丙基等H-型苯酚及少量乙酸，其生物质转化率为95wt%，产油率为79wt%，生物油中含氧量为5.9wt%。
实施例2：本实施例装置结构同实施例1，不同在于高压反应器2在温度340℃、绝对压力17.5MPa下使其内水达到亚临界状态。
使用时，将1kg经干燥后且颗粒度为20目的杨木粉，0.5kg催化剂，5L水混合于混合器中，搅拌均匀后将原料浆加入高压反应器中；
选择网状碳纤维电极为阳极，棒状铂电极为阴极，密封升温至340℃，压力为17.5MPa，给阴极通入0.5V的电压，生物质热解开始产气超压时自动排气恒压，在该状态下保持0.4小时。反应生成的挥发分经冷凝并干燥后得到生物油，生物油主要成分为乙酸和糠醛，其生物质转化率为86wt%，产油率为70wt%，生物油中含氧量为8wt%。
Claims (4)
1.一种生物质液化装置，其特征在于：其包括混合器（1）、高压反应器（2）、残渣收集器（3）、冷凝器（4）、液体收集器（5）、气体收集器（6）；混合器（1）通过高压反应器（2）与冷凝器（4）连接，冷凝器（4）分别与液体收集器（5）、气体收集器（6）连接，高压反应器（2）底部与残渣收集器（3）连接；
其中高压反应器（2）包括筒体（7）、阴极（8）、阳极（9），阴极（8）和阳极（9）平行设置在筒体（7）中，筒体（7）上部设置有进料口（10）、出气口（11）、温度计（16）、压力表（17），筒体下部设置有出料口（12），出气口（11）处设有自动排气阀（13），筒体（7）外部设有夹套（14），电加热圈（15）设在夹套（14）内，混合器（1）与进料口（10）连通，出气口（11）与冷凝器（4）连通，出料口（12）与残渣收集器（3）连接。
2.根据权利要求1所述的生物质液化装置，其特征在于：阳极为网状电极。
3.根据权利要求1或2所述的生物质液化装置，其特征在于：阴极为多孔电极板。
4.根据权利要求1所述的生物质液化装置，其特征在于：高压反应器（2）在330-374℃，绝对压力为15-30MPa下使其内水达到亚临界状态，在374-480℃，绝对压力为22-30MPa下使其内水达到超临界状态。
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|---|---|---|---|---|
| CN109251754A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-01-22 | 浙江工业大学 | 一种电解强化生物质热裂解小型实验装置及热裂解方法 |
| CN110452727A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-15 | 北京世纪泛亚等离子体科技有限公司 | 一种生物油转化的方法 |
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