磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法

专利2025-03-04  39


本发明特别涉及一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法,属于生物质资源化利用。


背景技术:

1、生物质广义上讲是指所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物,而狭义上讲是指指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质作为最有潜力替代化石能源的可再生资源之一,受到日益广泛关注。我国自然资源丰富,其中可利用的生物质资源来源广、产量高。近年来,很多科研学者都在积极开展生物质资源开发和利用的研究,并取得了一定的成效。

2、生物质裂解技术是生物质资源化利用的一种,它通过高温对生物质中的纤维素、木质素等大分子物质进行裂解,产生生物焦炭、生物油或气体的过程,同时它也是当前对生物质进行资源化利用最常用的热化学转化方法。当前裂解技术设备主要分为间歇式和连续式,其中间歇式不能进行连续工作,不利于工业化推广应用,而连续式虽能实现不间断的生产但大部分设备都是直燃加热或介质传热,因此热量损失严重,能源利用率低,且自身损耗较为严重。因此,推广和发展新型技术在生物质裂解中的应用具有重大意义。

3、cn 105038835 a中公开一种将离子液体作为催化反应介质,使生物质在其中受电化学刺激发生裂解反应,生成高附加值裂解产物。该发明加速了裂解速率、效率高、提高了生物质的利用率,但是电催化需要借助阴阳电极来实现,因此不可避免电极腐蚀和设备寿命问题;cn107760350a中公开了一种将离子液体与磁性添加剂混合得到的活性催化体系作为反应介质,通过对该反应介质调控外加电压、磁场强度、热解温度和反应时间进而强化生物质的热解过程,该方案是借助电场和磁场的共同作用完成催化反应过程,热解效率高、热解温度更低、产物成为含量高且单一,但是电场催化同样要借助正负电极来完成,同时磁场催化所需磁场强度较大(1-20t)能耗较大,且处理量和处理腔小,不利于工业化放大和生产。


技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法,从而克服了现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:

3、本发明一方面提供了一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统,包括:

4、预反应单元,包括第一反应容器且可提供第一反应条件,所述第一反应容器用于容置液相生物质并可供液相生物质发生第一裂解反应;

5、强化反应单元,包括第二反应容器且可提供第二反应条件,所述第二反应容器与第一反应容器相连通并可供液相生物质发生第二裂解反应;

6、以及,所述强化反应单元还包括磁回路和交变或脉冲磁场发生组件,所述第二反应容器包括至少一个回路结构,所述回路结构与交变或脉冲磁场发生组件设置在同一磁回路内,所述交变或脉冲磁场发生组件用于提供交变或脉冲磁场,流经所述回路结构中的液相生物质能够在所述交变或脉冲磁场内感应形成感应电流,所述第二裂解反应是基于所述回路结构内的液相生物质在电流热效应作用下自发热升温而发生的。

7、本发明另一方面还提供了一种磁感应电场强化液相生物质裂解的方法,包括:

8、提供所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的系统;

9、将包含生物质的反应物于第一反应容器内混合并形成液相生物质,且使所述液相生物质发生第一裂解反应;

10、将经第一裂解反应后的液相生物质输送至第二反应容器中,并以交变或脉冲磁场发生组件提供交变或脉冲磁场,以使所述第二反应容器的回路结构中的液相生物质在所述交变或脉冲磁场内感应形成感应电场和感应电流,所述回路结构内的液相生物质在电流热效应作用下自发热而发生第二裂解反应。

11、与现有技术相比,本发明的优点包括:

12、1)本发明提供的一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法,采用电热协同催化的措施,以磁场作为激励源诱导反应体系自发产生感应电场和电流,避免了现有电催化技术中电极与物料直接接触产生的金属腐蚀问题;

13、2)本发明提供的一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法,在磁感应电场的电热作用下,强化了生物质裂解反应过程,感应电场加速了离子液体和生物质的电子传导,提高了生物质的溶解度和离子迁移速率,降低了裂解反应温度,裂解反应时间也明显缩短;

14、2)本发明提供的一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法,避免了介质传热过程的能量消耗,大大提高了热能利用率。



技术特征:

1.一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的系统,其特征在于:所述第二反应容器包括至少两个并联的回路结构,所述回路结构包括首尾依次连通的磁耦合管和反应强化管,所述磁耦合管螺旋饶设在所述磁路上,且至少两个回路结构的反应强化管一体设置,在所述感应电场内,所述磁耦合管内形成的第一感应电流小于反应强化管内形成的第二感应电流,以及,所述磁耦合管还与液相进口相连通,所述反应强化管还与液相出口相连通。

3.根据权利要求2所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的系统,其特征在于:所述反应强化管的管径小于或等于磁耦合管的管径;

4.根据权利要求2所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的系统,其特征在于:所述磁回路包括闭合的环形磁芯,所述交变或脉冲磁场发生组件包括励磁线圈,所述励磁线圈饶设在所述环形磁芯上且与高频励磁电源电连接;

5.根据权利要求2所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的系统,其特征在于:所述第一反应容器还分别与所述第二反应容器的液相进口、液相出口相连通,从而使液相生物质可以在所述第一反应容器和第二反应容器之间循环流动;

6.一种磁感应电场强化液相生物质裂解的方法,其特征在于包括:

7.根据权利要求6所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的方法,其特征在于,包括:使液相生物质同时流经至少两个并联的回路结构,该至少两个并联的回路结构的反应强化管一体设置,每一回路结构的磁耦合管内的液相生物质的温度升高至第二温度,所述液相生物质在所述第二温度下进行第一阶段的裂解反应,自反应强化管内的液相生物质的温度升高至第三温度,所述液相生物质在所述第三温度下发生第二阶段的反应,所述第三温度大于第二温度。

8.根据权利要求7所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的方法,其特征在于:所述感应电场的电场强度为1000v/cm-3000v/cm,感应电流的电流密度为0.5a/cm2-5a/cm2;

9.根据权利要求6所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的方法,其特征在于:所述第一裂解反应的温度为50-400℃。

10.根据权利要求6或7所述的磁感应电场强化液相生物质裂解的方法,其特征在于,还包括:将第二裂解反应后的液相生物质输送回第一反应容器中,并重复依次进行第一裂解反应和第二裂解反应两次以上。


技术总结
本发明公开了一种磁感应电场强化液相生物质裂解的系统及方法。所述系统包括:预反应单元,包括第一反应容器且可提供第一反应条件;强化反应单元,包括第二反应容器且可提供第二反应条件,所述第二反应容器与第一反应容器相连通并可供液相生物质发生第二裂解反应;以及,所述强化反应单元还包括磁回路和交变或脉冲磁场发生组件,所述第二反应容器包括至少一个回路结构,所述回路结构与交变或脉冲磁场发生组件设置在同一磁回路内,所述交变或脉冲磁场发生组件用于提供交变或脉冲磁场,流经所述回路结构中的液相生物质能够在所述交变或脉冲磁场内感应形成感应电流。本发明避免了介质传热过程的能量消耗,大大提高了热能利用率。

技术研发人员:杨哪,张令涛,金亚美,薛丽萍,郑子涛,徐学明,田耀旗,王婷,巫宇航,姚黄兵,张孝
受保护的技术使用者:江南大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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