【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于生物質能源利用領域，更具體地說，涉及一種科爾貝反應電合成生物燃料的圓柱形流動反應器，專門用于使用電催化的過程將生物衍生的脂肪酸分子轉化為生物燃料。
技術介紹
1、隨著化石燃料供應的減少和環境問題的日益嚴重，生物質被認為是一種有前途的燃料來源。生物質具有高能量儲備、清潔和可再生性，是一種極具潛力的替代能源。目前，利用生物質快速熱解生產生物油、燃氣、生物炭等，已成為利用生物質資源的有效途徑。然而，由于生物油具有高黏度、高含水量、高含氧量、腐蝕性和化學不穩定性的特點，其直接應用受到限制。因此，生物油在用于生產液體燃料之前應進行加氫和升級處理。
2、傳統的加氫和升級過程是在高溫下進行的。然而，生物油在加熱時容易發生聚合。由于其在高溫下的熱不穩定性，生物油會聚合形成焦炭，堵塞催化劑的活性位點和反應器，影響升級過程的穩定性。
3、對于電合成燃料，之前已經展示了簡單的電合成反應器。大多數演示都是在實驗室規模上進行的。這些反應器有些是“無膜”的，或者使用交換質子（質子交換膜，pem）或氫氧根離子（堿性交換膜，aem）的膜。最常見的是，這些電合成反應器用于通過水分解反應生產氫氣，副產物是氧氣。大型工業規模的水分解電解器已經被展示并商業化。最近，從co2和h2o電合成合成氣（co和h2）的技術已經被證明，副產物是h2o。這些演示通常僅限于實驗室規模。由于電極間隔膜的重要性，所以無膜的電合成反應器很少，而且目前還沒有工業規模的無膜反應器可以直接利用電力對從生物質獲得的生物衍生分子進行加氫和升級。在燃料方面，這意味
4、已經證明，使用電力在簡單的反應器中轉化生物衍生分子是可行的。轉化的分子包括植物油、長鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和其他各種較少見的分子。分子增值通常將分子轉化為適用于能源以外行業（制藥/保健、聚合物/塑料、化學品等）使用的產品。在能源方面，分子通常被脫氧并轉化為烷烴、烯烴、醇類或類似物。雖然直接將生物分子轉化為烷烴或烯烴燃料的報道相對有限，但已被證明。目前，還沒有適合將生物衍生分子電合成并轉化為高質量燃料的工業規模系統。
5、從脂肪酸可以生產的三種主要形式的燃料，其中之一是生物柴油，另一種是加氫處理植物油（hvo），第三種是使用綠色電力在電解質溶液中生產的電催化燃料產品。目前最普遍的方法通過酯交換過程使用脂肪酸和天然油脂來生產生物柴油。該過程涉及使用堿性催化劑，通常是氫氧化鈉和甲醇，將甘油三酯油轉化為酯鏈，副產物是甘油。最終產品是一種適合在柴油發動機中燃燒的燃料，然而它在酯官能團中保留了氧，因此其燃料特性并不完全等同于傳統柴油，因為它未被完全脫氧。這是生物柴油燃料的唯一缺點之一，即它繼續保留氧，這意味著它可以被微生物消耗，導致變質，并可能吸收水分，限制了其作為燃料的功能。hvo經過加氫處理以排除氧氣，從而產生在成分和性能上與化石柴油非常相似的燃料，從而提高發動機的兼容性和效率。電催化烷烴燃料則體現了一種新方法，其中能源促進化學反應，從可再生原料合成烷烴。這項技術包括kolbe電合成等方法，利用可再生電力將羧酸轉化為清潔燃燒的碳氫化合物，提供了一種減少溫室氣體排放的可持續替代方案。
6、鑒于上述情況，我們設計了一種溫和條件下生物衍生的脂肪酸分子電催化合成低碳燃料的反應器，其采用科爾貝反應電合成生物燃料。科爾貝電合成為可持續的碳氫化合物生產提供了一種創新的方法，其將來自生物質的羧酸轉化為有價值的烷烴。科爾貝法是對脂肪酸的一種氧化反應。它從氧化電極（陰極）的生物分子中產生co2。已知kolbe過程在陰極處具有最小的電化學過程活性。事實上，除了在較大的電壓（例如4-10?v）和電流密度(>50ma/cm2)下產生少量的氫外，電化學活性在陰極被整體抑制。通過kolbe過程反應的脂肪酸分子只與氧化電極（陽極），而不是陰極相互作用。電解質溶液中的水是唯一與還原電極（陰極）相互作用的物質。由于kolbe工藝的這種獨特的電化學，在陰極涉及生物分子的反應的抑制，電化學反應體系此時不再需要半透膜進行產物隔離。脂肪酸只與陽極反應的事實使得反應器在沒有膜的情況下也能有效地運行。這種無膜電化學技術有兩個額外的優勢。膜的去除增加了反應器的離子電導率，從而提高了反應器的效率。膜也是電催化反應器中需要大量維護的部件之一。因此，消除對膜的需要降低了維護成本。膜可能非常昂貴，其成本類似或高于反應器中的催化劑涂層。此外，這種由可再生電力驅動的電化學過程顯著減少了對化石燃料和危險化學品的依賴，使其成為一種環保選擇。它的高選擇性，高效率以及可調控性有助于精確合成目標碳氫化合物，保證更少的副產物和提高產量。該技術可擴展用于工業應用，適用于廣泛的燃料和化學品生產，同時減少溫室氣體排放。此外，通過使用可再生原料和簡化合成過程，電合成可以降低生產成本，為燃料行業創造一個更經濟、更可持續的未來。它在生產各種碳氫化合物方面的適應性滿足了許多市場需求，使其成為促進綠色能源替代的關鍵技術。
技術實現思路
1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術的目的在于提供一種科爾貝反應電合成生物燃料的圓柱形流動反應器。本專利技術的反應器設計解決了電合成過程中產物不能精確控制合成目標碳氫化合物、設備結構復雜、成本高，且產物選擇性差，產量低，副產物多等難題。
2、本專利技術提供了一種采用科爾貝反應電合成生物燃料的圓柱形流動反應器，其包括一個位于中心的內電極棒、一個圓柱狀的外殼體電極以及位于反應器軸向兩端的支撐件，所述支撐件由電絕緣材料制成，反應器內部沒有電極間隔膜。
3、進一步地，所述支撐件分為頂部支撐件和底部支撐件。所述外殼體電極是由不銹鋼制成的空心圓柱狀結構。所述內電極棒由所述頂部支撐件和所述底部支撐件支撐，并通過所述頂部支撐件與內電極接電處相連接。電解液入口位于所述頂部支撐件中，電解液出口位于所述底部支撐件中。外殼體電極接電處設置于所述頂部支撐件上，并通過所述頂部支撐件連接于所述外殼體電極。
4、進一步地，所述內電極棒穿過所述外殼體電極形成的內腔，所述內腔的徑向寬度為1至20毫米。
5、更進一步地，電解液通過所述電解液入口進入所述頂部支撐件中的腔室，然后流入狹長的所述內腔，在該通道中通過內電極和外電極之間的電流發生反應，產物分子隨后進入所述底部支撐件中的腔室后由所述電解液出口流出。
6、進一步地，所述內電極棒和所述外殼體電極接入的正負極選取較為靈活，主要以電催化劑的加工形態和難易度決定。所述外殼體電極的殼體內層一般為金屬或金屬氧化物鍍層充當催化劑，例如電鍍鉑金屬層（催化劑選擇例如：鉑（pt）、釕（ru）、鎳（ni）、鈷（co）、鐵（fe）、鉻（c本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種采用科爾貝反應電合成生物燃料的圓柱形流動反應器，其特征在于，包括一個位于中心的內電極棒、一個圓柱狀的外殼體電極以及位于反應器軸向兩端的支撐件，所述支撐件由電絕緣材料制成，反應器內部沒有電極間隔膜。
2.根據權利要求1所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述支撐件分為頂部支撐件和底部支撐件；所述內電極棒由所述頂部支撐件和所述底部支撐件支撐，并通過所述頂部支撐件與內電極接電處相連接；外殼體電極接電處設置于所述頂部支撐件上，并通過所述頂部支撐件連接于所述外殼體電極。
3.根據權利要求2所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，電解液入口位于所述頂部支撐件中，電解液出口位于所述底部支撐件中，所述外殼體電極是由不銹鋼制成的空心圓柱狀結構，所述內電極棒選擇為不銹鋼棒、軟鋼棒、石墨棒、鉛棒、金屬氧化物電極棒或形穩性陽極棒。
4.根據權利要求1-3任一項所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述內電極棒穿過所述外殼體電極形成的內腔，所述內腔的徑向寬度為1至20毫米。
5.根據權利要求1所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，電解液通過所述電解液入口進入
6.根據權利要求5所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述內電極棒的表層和所述外殼體電極的內表層均涂覆鉑金屬催化劑，所述電解質溶液選擇由氫氧化鈉和/或氫氧化鉀與脂肪酸的組成的混合溶液，所述電解質溶液在進行電化學反應之前，pH值介于8-13之間。
7.根據權利要求1所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述頂部支撐件和所述底部支撐件中接觸所述外殼體電極的部分設置有環形密封圈，所述頂部支撐件和所述底部支撐件通過螺栓旋入的方式與所述外殼體電極相連。
8.一種圓柱形流動反應器用于科爾貝反應電合成生物燃料的應用，其特征在于，所述的圓柱形流動反應器采用權利要求1-7任一項所述的采用科爾貝反應電合成生物燃料的圓柱形流動反應器，原料為生物質衍生的脂肪酸分子，所述的圓柱形流動反應器在應用反應時，電壓范圍為2～12V，電流密度為50mA/cm2～1.5A/cm2，兩電極間距為2cm，電解液為脂肪酸與氫氧化鈉混合物，電解質溶液溫度為35-50攝氏度，pH為12～13。
9.一種圓柱形反應器單元構成中央反應器，其特征在于，采用根據權利要求1-7任一項所述的圓柱形流動反應器作為圓柱形反應器單元組成反應器堆型的中央反應器，含有反應物分子和燃料產物的電解質溶液平行地流經每個所述的圓柱形反應器單元，反應器使用外部冷卻裝置進行冷卻并維持恒溫，冷卻液被引導流過各個所述的圓柱形反應器的外表面，反應物分子與電解質溶液在外部容器中混合，并使用在堿性條件下不會腐蝕的電解質蠕動泵將其泵入反應器，經過反應器后，大多數分子被脫羧，形成烷烴和烯烴。
10.根據權利要求9所述的中央反應器，其特征在于，所述中央反應器通過調控科爾貝中的反應參數實現歧化反應、二聚縮合反應和霍夫-莫斯特反應三種路徑轉換，將生物衍生的脂肪酸電催化轉化為烴類、醇類或醛類生物燃料。
...【技術特征摘要】
1.一種采用科爾貝反應電合成生物燃料的圓柱形流動反應器，其特征在于，包括一個位于中心的內電極棒、一個圓柱狀的外殼體電極以及位于反應器軸向兩端的支撐件，所述支撐件由電絕緣材料制成，反應器內部沒有電極間隔膜。
2.根據權利要求1所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述支撐件分為頂部支撐件和底部支撐件；所述內電極棒由所述頂部支撐件和所述底部支撐件支撐，并通過所述頂部支撐件與內電極接電處相連接；外殼體電極接電處設置于所述頂部支撐件上，并通過所述頂部支撐件連接于所述外殼體電極。
3.根據權利要求2所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，電解液入口位于所述頂部支撐件中，電解液出口位于所述底部支撐件中，所述外殼體電極是由不銹鋼制成的空心圓柱狀結構，所述內電極棒選擇為不銹鋼棒、軟鋼棒、石墨棒、鉛棒、金屬氧化物電極棒或形穩性陽極棒。
4.根據權利要求1-3任一項所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述內電極棒穿過所述外殼體電極形成的內腔，所述內腔的徑向寬度為1至20毫米。
5.根據權利要求1所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，電解液通過所述電解液入口進入所述頂部支撐件中的腔室，然后流入狹長的所述內腔，在該通道中通過內電極和外電極之間的電流發生反應，產物分子隨后進入所述底部支撐件中的腔室后由所述電解液出口流出。
6.根據權利要求5所述的圓柱形流動反應器，其特征在于，所述內電極棒的表層和所述外殼體電極的內表層均涂覆鉑金屬催化劑，所述電解質溶液選擇由氫氧化鈉和/或氫氧化鉀與脂肪酸的組成的混合溶液，所述電解質溶液在進...
【專利技術屬性】
技術研發人員：請求不公布姓名，請求不公布姓名，
申請(專利權)人：華澳得塔氫能科技天津有限公司，
類型：發明
國別省市：
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