[发明专利]一种生物质焦油分级等离子体催化系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种生物质焦油分级等离子体催化系统及其使用方法，包括高压电源、加热炉、反应器以及温控系统；其中加热炉分为上级加热炉和下级加热炉，反应器上下分为等离子体催化区和热催化区，所述上级加热炉包覆在离子体催化区外部，所述下级加热炉包覆在热催化区外侧，且温控系统分别与上级加热炉、下级加热炉连接，高压电源与离子体催化区连接；上下级加热炉可以解决由于等离子体放电强度随温度升高下降，催化剂催化活性随温度升高增加，而引起的在单级等离子体催化系统中温度设定矛盾，等离子体放电段采用蜂窝煤状多根刚玉管反应器并联的方式在保证高压电极与低压电极合适放电间隙的前提下，提升了处理能力，提高了处理效率。

技术领域

本发明涉及一种生物质焦油催化系统及方法，尤其涉及一种生物质焦油分级等离子体催化系统及其使用方法。

背景技术

生物质是一种碳中性燃料，其高效清洁利用有助于我国顺利实现“双碳”目标。生物质气化产生的合成气可直接作为合成液体燃料的原料，也可以制备高附加值化学品，具有巨大的应用潜力。但气化副产物焦油一直是制约其工业化应用的瓶颈。焦油一般可认为是分子量大于苯的有机化合物的统称，其冷凝后可以粘附在气化反应器管道或其他用气设备上，造成能量浪费及安全威胁。因此，开发高效、经济的焦油脱除方法已成为研究人员关注的焦点。焦油脱除方法主要包括物理脱除、热转化、催化转化、等离子体转化等。

现有技术中效果较好的技术是催化转化和低温等离子体转化。催化转化的优点是转化产物选择性高，但是一般过渡金属催化剂的活性较弱，断裂焦油分子中化学键的能力不足。低温等离子体技术由于其具有高能粒子，因此活性较高，但是产物选择性较弱。低温等离子体耦合催化技术将形成两种技术的优势互补，具有巨大的应用潜力。但是低温等离子体耦合催化系统也存在着一定不足：1)高压电极与低压电极之间间距不能过大，导致设备放大困难，因此气体处理量较低；2)低温等离子体放电强度随着温度的升高而降低，催化剂活性随温度的升高而增加，导致单级低温等离子体耦合催化系统在温度选择方面存在矛盾。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种避免生物质焦油催化时等离子体与温度之间的矛盾的分级等离子体催化系统。

技术方案：本发明所述的一种生物质焦油分级等离子体催化系统，包括高压电源、加热炉、反应器以及温控系统；其中加热炉分为上级加热炉和下级加热炉，反应器上下分为离子体催化区和热催化区，所述上级加热炉包覆在离子体催化区外部，所述下级加热炉包覆在热催化区外侧，且温控系统分别与上级加热炉、下级加热炉连接，高压电源与离子体催化区连接。

进一步地，所述反应器上下两端分别设有上盖和下盖，上盖上设有接线口，下盖上设有出气口；反应器上端侧面设有进气口；反应器内设有将反应器分为离子体催化区和热催化区的凸台，凸台上方安装有刚玉管单元，且刚玉管单元内部设有高压电极单元，热催化区设有放置催化剂的挡板。

进一步地，所述刚玉管单元包括若干根刚玉管、低压电极和支撑板，刚玉管固定安装在支撑板上，支撑板放置在凸台上，低压电极包裹在刚玉管上；所述连接板上设有汇聚高压电极电线的接线柱，接线柱通过接线口与高压电源连接。

进一步地，高压电极单元包括若干高压电极和催化剂垫片，所述高压电极上端部固定安装有连接板，且高压电极安装位置与刚玉管一一对应，所述高压电极与高压电源连接；催化剂垫片固定安装于高压电极的下端部。

进一步地，所述壳体为石英管。

进一步地，所述刚玉管按照蜂窝煤状分布在支撑板上。

进一步地，所述刚玉管上端口处设有密封板。

进一步地，所述低压电极为金属网。

进一步地，所述反应器上侧面设有出线口，低压电极通过出线口做接地处理。

一种上述生物质焦油分级等离子体催化系统的使用方法，包括以下步骤：