[发明专利]一种等离子体热解生物质制合成气装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物质处理技术，特别是涉及一种等离子体热解生物质制合成气装置。

背景技术

化石燃料的开采与使用，带给人类巨大的经济效益，但与此同时我们也不得不面对资源枯竭及气候变化所带来的挑战，因此越来越多的人关注到了替代及可再生能源的开发。在探索再生能源的利用过程中，生物质起到了非常重要的作用。生物质转化的热化学方法主要有燃烧、热解、气化等。在这些转化技术中，生物质或被直接转化为了热，或变成了更加便于利用的能量载体，如甲烷、氢气等气体，甲醇、乙醇等液体燃料，以及焦炭等固体。

传统热解及气化过程存在了一些弊端，如气体生产率低、会产生较重的油类化合物，从而造成对气体收集装置的腐蚀，并且增加了对所产气体进一步处理的需要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种等离子体热解生物质制合成气装置。与传统热解和气化相比，等离子体热解生物质转化中具有许多独特的优势，如温度低，升温速率快，能量密度大，可在无氧纯热解的情况下将生物质分解为高品质合成气。

本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的：提供一种等离子体热解生物质制合成气装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、生物质、进气通道、出气通道；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载生物质，在装置工作时，陶瓷坩埚内的生物质将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。

本发明所述的等离子体热解生物质制合成气装置的工作原理是：将生物质破碎后装入等离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的生物质，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的生物质被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣。

尖端石墨电极和平底石墨电极间隔要合理选择，过大的电极间隔会导致电压不足以击穿电极间的载气，从而无法形成非热电弧等离子体。另外，由于施加在两极上的电压很高，因此反应器在工作时，要特别注意不要碰触电极，以免触电危险。此外，放入陶瓷坩埚内的生物质材料不应压实，要保持良好的气体通路，否则电极无法直接与载气接触，通电时无法形成非热电弧等离子体。还需要注意的是，反应器停止工作后不要立刻拆卸反应器、拿取陶瓷坩埚，因为反应器工作时放出大量的热，刚停止工作时，石墨电极、石英容器、陶瓷坩埚等部分温度很高，直接碰触易造成烫伤。

本发明可以根据实际要求完成生物质制合成气过程，简单、低成本、高效的生产高品质富氢合成气。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的实物图。

图1中：1等离子体反应器，2高压电源，3石英容器，4上聚四氟乙烯法兰，5下聚四氟乙烯法兰，6不锈钢支架，7尖端石墨电极，8平底石墨电极，9上铜密封圈，10下铜密封圈，11陶瓷坩埚，12非热电弧等离子体，13生物质，14进气通道，15出气通道。

具体实施方式

实施例