[发明专利]一种等离子体流化床重整沼气制合成气方法

说明书

技术领域

本发明涉及沼气利用领域，具体涉及一种等离子体流化床重整沼气制合成气方法。

背景技术

沼气是有机物经过厌氧消化过程产生的一种混合气，是一种生物质能，取之不尽、用之不竭的廉价燃料。最早发现这种生物气于沼泽地区，因此习惯上称为沼气。沼气的成分比较复杂，其中最主要的成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷60％～70％，二氧化碳40％～30％，此外还含有少量的一氧化碳、氢气、硫化氢气体、氧气、氮气、氨气、磷化氢和碳氢化合物等，总量不超过5％。沼气用作内燃发动机的燃料过程中，由于沼气中含有硫化氢和二氧化碳，在沼气进入内燃机之前，要先将沼气进行净化，主要去除硫化氢，同时吸收部分二氧化碳，以提高沼气中甲烷的含量，增加沼气发电的设备投资。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种等离子体流化床重整沼气制合成气方法。

本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的：

提供一种等离子体流化床重整沼气制合成气方法，1)将待处理的沼气通过进气口引入等离子体装置内；2)启动连接刀形不锈钢电极的高压电源；3)刀形不锈钢电极在高压电的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电，沼气驱动击穿放电快速沿着电极表面向下游移动形成非热电弧等离子体，使沼气转变成含有大量的活性物种(带电粒子、激发态物种、自由基、电子以及光子)的活性气体，活性气体透过锥形不锈钢网，驱动不锈钢网内的镍颗粒催化剂流化，形成等离子体流化床，活性气体通过扩散、吸附、迁移和轰击作用活化催化剂，在等离子体和催化剂的催化作用下迅速发生各种等离子体和催化耦合化学反应，诱导沼气中甲烷和二氧化碳重整生成富含氢气和一氧化碳的合成气，同时将沼气中硫化氢、氨气、磷化氢等有害气体降解去除，富含氢气和一氧化碳的合成气从出气口排出。

所述的等离子体装置，包括等离子体流化床和高压电源；等离子体流化床由进气口、石英容器、四氟乙烯底座、刀形不锈钢电极、锥形不锈钢网、镍颗粒催化剂、石英罩和排气口组成；石英容器和石英罩相连并构成空腔，四氟乙烯底座置于石英容器的底部，至少2个刀形不锈钢电极对称固定在四氟乙烯底座上，并通过高压线与高压电源相连，进气口置于四氟乙烯底座中心处；锥形不锈钢网置于石英容器顶部中心轴线处，并固定在电极的正上方，镍颗粒催化剂置于锥形不锈钢网内。

本发明的沼气方法，集等离子体和催化为一体，能有效的降解去除沼气中的硫化氢、氨气、磷化氢等有害气体，同时将沼气中甲烷和二氧化碳重整转化为富含氢气和一氧化碳的合成气，可直接用于燃烧发电。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图1中：A正视图，B剖面图，1等离子体流化床，2高压电源，3进气口，4石英容器，5四氟乙烯底座，6刀形不锈钢电极，7等离子体，8锥形不锈钢网，9镍颗粒催化剂，10石英罩，11排气口。

具体实施方式

如附图1所示，本发明的等离子体装置，包括等离子体流化床1和高压电源2；等离子体流化床1由进气口3、石英容器4、四氟乙烯底座5、刀形不锈钢电极6、锥形不锈钢网8、镍颗粒催化剂9、石英罩10和排气口11组成；石英容器4和石英罩10相连并构成空腔，四氟乙烯底座5置于石英容器4的底部，至少2个刀形不锈钢电极6对称固定在四氟乙烯底座5上，并通过高压线与高压电源3相连，进气口3置于四氟乙烯底座5中心处；锥形不锈钢网8置于石英容器4顶部中心轴线处，并固定在电极6的正上方，镍颗粒催化剂9置于锥形不锈钢网8内。

本实施例中选用甲烷和二氧化碳的混合气作为模拟沼气，1)将1.2m³/h甲烷和二氧化碳混合气通过进气口引入等离子体装置内；2)启动连接刀形不锈钢电极(长165mm，厚3mm)的高压电源，调节输出电压到10kV；3)刀形不锈钢电极在10kV高压电的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电，混合气驱动击穿放电快速沿着电极表面向下游移动形成非热电弧等离子体，使混合气转变成含有大量的活性物种(带电粒子、激发态物种、自由基、电子以及光子)的活性气体，活性气体透过锥形不锈钢网，驱动不锈钢网内的镍颗粒催化剂(φ2mm)流化，形成等离子体流化床，活性气体通过扩散、吸附、迁移和轰击作用活化催化剂，在等离子体和催化剂的催化作用下迅速发生各种等离子体和催化耦合化学反应，诱导沼气中甲烷和二氧化碳重整生成合成气；当甲烷∶二氧化碳为1∶2时，氢气/一氧化碳为0.43；当甲烷∶二氧化碳＝1∶1时，氢气/一氧化碳为0.81；当甲烷∶二氧化碳＝2∶1时，氢气/一氧化碳为1.7，氢气/一氧化碳有了显著上升。