一種生物質(zhì)液化裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種生物質(zhì)液化裝置，其包括混合器、高壓反應(yīng)器、殘渣收集器、冷凝器、液體收集器、氣體收集器；混合器通過高壓反應(yīng)器與冷凝器連接，冷凝器分別與液體收集器、氣體收集器連接，高壓反應(yīng)器與殘渣收集器連接；其中反應(yīng)器包括筒體、陰極、陽極，陰極和陽極平行設(shè)置在筒體中；本裝置通過高壓反應(yīng)器使其內(nèi)水達(dá)到亞臨界或超臨界狀態(tài)，一方面?zhèn)鳠峤o生物質(zhì)，另一方面在電解作用下釋放游離氫，及時阻斷自由基連鎖反應(yīng)，有效增加液體燃料產(chǎn)率并提高其質(zhì)量；生物質(zhì)受熱均勻，木質(zhì)纖維素化學(xué)鍵斷裂生成離子對中間體，并受到電場刺激，加快了裂解速率，過程易于控制，提高了生物質(zhì)的利用率。
【專利說明】
一種生物質(zhì)液化裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種生物質(zhì)液化裝置，屬于再生能源的技術(shù)領(lǐng)域，具體是以亞臨界或超臨界水為介質(zhì)通過電解水供氫由生物質(zhì)制取液體燃料的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)是指可再生的有機(jī)物質(zhì)，包括以能源為目的的農(nóng)作物、樹木、糧食和私聊作物的殘體、水生植物、樹木和樹木殘體、動物糞便及其他廢棄物等。生物質(zhì)轉(zhuǎn)化可產(chǎn)生多種形式的能量，如發(fā)電、供熱、作為汽車燃料和工業(yè)設(shè)備提供熱量等。生物質(zhì)的利用轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為4大類:直接燃燒技術(shù)、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)和固化成型技術(shù)。熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)又可分為:氣化、熱解、超臨界萃取和直接液化技術(shù)等。
[0003]目前大規(guī)模集中處理生物質(zhì)的主要方式是熱解氣化法，但它存在氣化產(chǎn)生的氣體熱值低、不宜存貯和輸送、小規(guī)模發(fā)電成本高等問題。生物質(zhì)快速熱裂解支取生物油是目前世界上生物質(zhì)能研究開發(fā)的前沿技術(shù)，但該技術(shù)對設(shè)備要求高，反應(yīng)條件苛刻。與快速熱解液化技術(shù)相比，生物質(zhì)直接液化即高壓液化的反應(yīng)條件相對溫和，對設(shè)備的要求相對較低，易于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
[0004]生物質(zhì)的高壓液化主要有兩種途徑，即氫/供氫溶劑/催化劑路線和C0/H20/堿金屬催化路線。肖海煥等人研究了木化生物質(zhì)聚糖的低溫加氫液化，在6.0MPa氫壓、170°C以及8.05%用堿量的條件下加氫使竹子原料在水中溶解，實現(xiàn)木化生物質(zhì)的液化，液化液得率為58.55%，木化生物質(zhì)中聚糖轉(zhuǎn)化率為70.62%。專利200510057216.2 “一種生物質(zhì)熱解液化的工藝方法及其裝置系統(tǒng)”描述了高溫流化氣和載熱體與生物質(zhì)粉料混合以對生物質(zhì)進(jìn)行熱裂解，并將熱解氣與殘?zhí)嫉葰夤谭蛛x，然后將熱解氣冷凝成生物油。該方法雖然稍微提高了熱裂解速率，裝置也較簡易，但反應(yīng)所需溫度高，氣液產(chǎn)物組成比較復(fù)雜，熱值低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種以亞臨界或超臨界水為介質(zhì)的生物質(zhì)液化裝置，其包括混合器1、高壓反應(yīng)器2、殘渣收集器3、冷凝器4、液體收集器5、氣體收集器6;混合器I通過高壓反應(yīng)器2與冷凝器4連接，冷凝器4分別與液體收集器5、氣體收集器6連接，高壓反應(yīng)器2底部與殘渣收集器3連接；
[0006]其中高壓反應(yīng)器2包括筒體7、陰極8、陽極9，陰極8和陽極9平行設(shè)置在筒體7中，筒體7上部設(shè)置有進(jìn)料口 10、出氣口 11、溫度計16、壓力表17，筒體下部設(shè)置有出料口 12，出氣口 11處設(shè)有自動排氣閥13，筒體7外部設(shè)有夾套14，電加熱圈15設(shè)在夾套14內(nèi)，混合器I與進(jìn)料口 10連通，出氣口 11與冷凝器4連通，出料口 12與殘渣收集器3連接。
[0007]所述高壓反應(yīng)器2在330_374°C，絕對壓力為15_30MPa下使其內(nèi)水達(dá)到亞臨界狀態(tài)，在374-480°C，絕對壓力為22-30MPa下使其內(nèi)水達(dá)到超臨界狀態(tài)。
[0008]所述陰極8為多孔電極板。
[0009]所述陽極9為網(wǎng)狀電極。
[0010]所述網(wǎng)狀陽極材料為碳纖維電極、石墨電極、金屬電極或金屬氧化物電極;其中金屬電極為鉑電極、鈦電極、鋁電極或鈀電極;金屬氧化物電極為氧化錳電極、二氧化鈦電極、氧化鈷電極、氧化鎳電極等。
[0011]所述多孔陰極材料鐵基合金析氫陰極、鎳基合金析氫陰極、貴金屬修飾析氫電極、稀土元素修飾析氫電極、高聚物修飾析氫電極等中的一種，其中鐵基合金析氫陰極可以為Fe-P、Fe-P-Pt、Fe-Mo、Fe-Mo-Pt合金電極；鎳基合金析氫陰極可為N1-Mo、N1-Co、N1-Sn、N1-Co-Sn合金析氫電極；貴金屬修飾析氫電極可為Pt/W2C-GCE析氫電極、Pd-Au(l 11)析氫電極、Rh-Au(l 11)析氫電極;稀土元素修飾析氫電極可為Pt-Ce、Pt-Sm、Pt-Ho合金析氫電極；高聚物修飾析氫電極可為聚苯胺修飾鎳電極、八輕基富勒醇修飾玻碳電極。
[0012]使用時，將原料粉、催化劑和水在混合器I中混合配制成原料漿，然后從高壓反應(yīng)器2的進(jìn)料口 10加入原料漿，關(guān)閉所有閥門使反應(yīng)器完全密封，通過電加熱圈15使反應(yīng)器2升溫至所需溫度，壓力隨之增大，此時原料漿中的水達(dá)到亞臨界或超臨界狀態(tài)，給高壓反應(yīng)器2中的陰極8通入一定電壓，原料漿發(fā)生電解、熱解、溶解和氫轉(zhuǎn)移等一系列反應(yīng)，反應(yīng)生成的揮發(fā)分由出氣口 11進(jìn)入冷凝器4，一部分揮發(fā)分冷凝后收集到液體收集器5中，經(jīng)干燥除去其中水分得到生物油，未被冷凝的揮發(fā)分被收集到氣體收集器6中，剩余的殘渣由出料口 12進(jìn)入殘渣收集器3中，經(jīng)干燥除去其中水分最終得到固態(tài)殘渣，其可用作燃料或化工原料。
[0013]本實用新型的優(yōu)點和技術(shù)效果:
[0014]1、采用亞臨界或超臨界水為反應(yīng)介質(zhì)，一方面?zhèn)鳠峤o生物質(zhì)，使生物質(zhì)受熱均勻，另一方面在電解作用下釋放游離氫，及時阻斷自由基連鎖反應(yīng)，有效增加液體燃料產(chǎn)率并提尚其質(zhì)量；
[0015]2、采用亞臨界或超臨界水為反應(yīng)介質(zhì)，水來源廣泛，因此可節(jié)約反應(yīng)成本，降低能耗；
[0016]3、使用高壓反應(yīng)器，通過添加電壓使裂解產(chǎn)物朝著高附加值產(chǎn)物的方向進(jìn)行，過程易于控制，提高了裂解效率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0018]圖2是本實用新型高壓反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中，1-混合器;2-高壓反應(yīng)器;3-殘渣收集器;4-冷凝器;5-液體收集器;6_氣體收集器;7-筒體;8-陰極;9-陽極；I O-進(jìn)料口； 11-出氣口； 12-出料口； 13-自動排氣閥；14-夾套;15-電加熱圈；16-溫度計;17-壓力表。
【具體實施方式】
[0020]下面通過附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實用新型的保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。
[0021]實施例1:如圖1、2所示，以亞臨界或超臨界水為介質(zhì)的生物質(zhì)液化裝置包括混合器1、高壓反應(yīng)器2、殘渣收集器3、冷凝器4、液體收集器5、氣體收集器6;混合器I通過高壓反應(yīng)器2與冷凝器4連接，冷凝器4分別與液體收集器5、氣體收集器6連接，高壓反應(yīng)器2底部與殘渣收集器3連接;其中高壓反應(yīng)器2包括筒體7、陰極8、陽極9，陰極8和陽極9平行設(shè)置在筒體7中，筒體7上部設(shè)置有進(jìn)料口 10、出氣口 11、溫度計16、壓力表17，筒體下部設(shè)置有出料口12，出氣口 11處設(shè)有自動排氣閥13，筒體7外部設(shè)有夾套14，電加熱圈15設(shè)在夾套14內(nèi)，混合器I與進(jìn)料口 10連通，出氣口 11與冷凝器4連通，出料口 12與殘渣收集器3連接;所述高壓反應(yīng)器2在溫度400 0C、絕對壓力22.1MPa下使其內(nèi)水達(dá)到超臨界狀態(tài)。
[0022]所述陰極8為多孔電極板;所述陽極9為網(wǎng)狀電極。
[0023]使用時，將1.8kg經(jīng)干燥后且顆粒度為40目的毛竹粉，0.108kg催化劑，8L水混合于混合器I中，攪拌均勻后擰開閥門，從高壓反應(yīng)器2的進(jìn)料口 10加入原料漿，關(guān)閉閥門；
[0024](I)選擇網(wǎng)狀石墨電極為陽極，板狀納米電極為陰極。密封升溫至400°C，壓力為22.1MPa，給陰極通入1.5V的電壓，生物質(zhì)熱解開始產(chǎn)氣超壓時自動排氣閥13自動排氣恒壓，在該狀態(tài)下保持1.0小時。原料漿發(fā)生電解、熱解、溶解和氫轉(zhuǎn)移等一系列反應(yīng)，反應(yīng)生成的揮發(fā)分經(jīng)冷凝器4冷凝并干燥后得到生物油，收集入液體收集器5;未被冷凝的揮發(fā)分被收集到氣體收集器6中，剩余的殘渣由出料口 12進(jìn)入殘渣收集器3中，經(jīng)干燥除去其中水分最終得到固態(tài)殘渣。裂解完成后，得到的生物油主要成分為2，3_ 二氫苯并呋喃，甲氧、乙基、乙烯基和烯丙基等H-型苯酚及少量乙酸，其生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為95wt%，產(chǎn)油率為79wt%，生物油中含氧量為5.9wt%。
[0025]實施例2:本實施例裝置結(jié)構(gòu)同實施例1，不同在于高壓反應(yīng)器2在溫度340°C、絕對壓力17.5MPa下使其內(nèi)水達(dá)到亞臨界狀態(tài)。
[0026]使用時，將Ikg經(jīng)干燥后且顆粒度為20目的楊木粉，0.5kg催化劑，5L水混合于混合器中，攪拌均勻后將原料漿加入高壓反應(yīng)器中；
[0027]選擇網(wǎng)狀碳纖維電極為陽極，棒狀鉑電極為陰極，密封升溫至340°C，壓力為17.5MPa，給陰極通入0.5V的電壓，生物質(zhì)熱解開始產(chǎn)氣超壓時自動排氣恒壓，在該狀態(tài)下保持0.4小時。反應(yīng)生成的揮發(fā)分經(jīng)冷凝并干燥后得到生物油，生物油主要成分為乙酸和糠醛，其生物質(zhì)轉(zhuǎn)化率為86wt%，產(chǎn)油率為70wt%，生物油中含氧量為8wt%。
【主權(quán)項】
1.一種生物質(zhì)液化裝置，其特征在于:其包括混合器(1)、高壓反應(yīng)器(2)、殘渣收集器(3)、冷凝器(4)、液體收集器(5)、氣體收集器(6);混合器(I)通過高壓反應(yīng)器(2)與冷凝器(4)連接，冷凝器(4)分別與液體收集器(5)、氣體收集器(6)連接，高壓反應(yīng)器(2)底部與殘渣收集器(3)連接； 其中高壓反應(yīng)器(2)包括筒體(7)、陰極(8)、陽極(9)，陰極(8)和陽極(9)平行設(shè)置在筒體(7)中，筒體(7)上部設(shè)置有進(jìn)料口(10)、出氣口(11)、溫度計(16)、壓力表(17)，筒體下部設(shè)置有出料口(12)，出氣口(11)處設(shè)有自動排氣閥(13)，筒體(7)外部設(shè)有夾套(14)，電加熱圈(15)設(shè)在夾套(14)內(nèi)，混合器(I)與進(jìn)料口(10)連通，出氣口(11)與冷凝器(4)連通，出料口(12)與殘渣收集器(3)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)液化裝置，其特征在于:陽極為網(wǎng)狀電極。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)液化裝置，其特征在于:陰極為多孔電極板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)液化裝置，其特征在于:高壓反應(yīng)器(2)在330-374Γ，絕對壓力為15_30MPa下使其內(nèi)水達(dá)到亞臨界狀態(tài)，在374-480°C，絕對壓力為22-30MPa下使其內(nèi)水達(dá)到超臨界狀態(tài)。
【文檔編號】C10G1/06GK205473597SQ201620003645
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月6日
【發(fā)明人】瞿廣飛, 趙茜, 李軍燕, 寧平, 谷俊杰
【申請人】昆明理工大學(xué)