[發(fā)明專利]將生物質(zhì)和垃圾中可燃物轉(zhuǎn)化為液體燃料或氣體燃料的工藝

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201710036982.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN106701198A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜新國
• 申請（專利權(quán)）人: 杜新國
• 主分類號(hào): C10J3/18
• 分類號(hào): C10J3/18;C10G1/00;C10G2/00
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1.將固體生物質(zhì)和垃圾中可燃物轉(zhuǎn)化為液體燃料或氣體燃料的工藝，由連續(xù)的兩級(jí)等離子體反應(yīng)完成，第一級(jí)用水的等離子體在較高的溫度下使固體有機(jī)物降解、氣化、脫灰，第二級(jí)是利用低溫等離子體物理技術(shù)對第一級(jí)產(chǎn)生的霧態(tài)氣態(tài)產(chǎn)物的化學(xué)成分重組改質(zhì)得到優(yōu)質(zhì)液體產(chǎn)品，通過改變第二級(jí)等離子體設(shè)備的控制條件，如氣壓、宏觀體系溫度、產(chǎn)品出口溫度、電流、功率等，可以使進(jìn)入的氣態(tài)霧態(tài)產(chǎn)物在第二級(jí)反應(yīng)器中，不但可以轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)品，還可以部分或全部轉(zhuǎn)化為一氧化碳與氫的混合氣體，也就是可以改變最終氣體產(chǎn)品與液體產(chǎn)品的產(chǎn)出比率；

第一級(jí)反應(yīng)器設(shè)備中有水的等離子體發(fā)生裝置，在水的等離子體發(fā)生裝置中，由電弧電源供電，液體的水受熱氣化，氣態(tài)水被電極之間的電弧電離為非熱電弧等離子體射流，其出口宏觀平均溫度控制在3000℃----1000℃，水的等離子體弧焰噴入第一級(jí)反應(yīng)器，在一個(gè)相對封閉的第一級(jí)反應(yīng)器中，初步處理的固體有機(jī)物質(zhì)原料被送入水的等離子體弧焰中，在第一級(jí)反應(yīng)器中完成分解和脫除灰分；

第一級(jí)反應(yīng)器是一個(gè)上吸式固定床的爐，在常壓(微負(fù)壓或微正壓-1000Pa至+1000Pa)下運(yùn)行，原料連續(xù)的從反應(yīng)器上部或中部給入，多個(gè)(1---50個(gè))水的等離子體弧焰從下部爐蓖(或內(nèi)渣口)上方的四周向心噴入，物料在受熱和等離子體狀態(tài)的水的化學(xué)作用下，被烘干、降解析出氣態(tài)的揮發(fā)物(焦油)，生成的固體殘?zhí)颗c等離子體狀態(tài)的水反應(yīng)被氣化為一氧化碳和氫(反應(yīng)生成的氣態(tài)產(chǎn)物逆流向上穿過物料層與物料換熱使物料熱解，物料熱解后變質(zhì)成為的炭與水的等離子體反應(yīng))，最后析出灰分，反應(yīng)區(qū)平均溫度控制為略高于灰渣的熔點(diǎn)，灰渣融化為液態(tài)從爐蓖(或內(nèi)渣口)滴下，出第一級(jí)反應(yīng)器的氣態(tài)產(chǎn)物的主要成分是：有機(jī)揮發(fā)物(焦油)、水蒸氣、一氧化碳、氫等；

與第一級(jí)反應(yīng)器相連的第二級(jí)反應(yīng)器是在低于第一級(jí)反應(yīng)器的氣壓下運(yùn)行；

如果以轉(zhuǎn)化為液體燃料為目的，第二級(jí)反應(yīng)器在高的真空度(0.01Pa---4×10⁴Pa)下運(yùn)行，與第一級(jí)反應(yīng)器有較大的壓力差，氣態(tài)產(chǎn)物在氣壓作用下迅速離開第一級(jí)反應(yīng)器，經(jīng)過一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，進(jìn)入第二級(jí)等離子體反應(yīng)器；

第二級(jí)等離子體反應(yīng)器是一個(gè)長形空腔容器，它的原料進(jìn)口經(jīng)過一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥與第一級(jí)反應(yīng)器出口相連，產(chǎn)品出口經(jīng)過一個(gè)閘板閥與真空設(shè)備相連，(真空設(shè)備視真空度需要可用一臺(tái)，必要時(shí)可以兩臺(tái)串聯(lián))真空設(shè)備后面連接壓縮設(shè)備，將產(chǎn)品壓入冷凝塔；

進(jìn)入第二級(jí)等離子體反應(yīng)器的氣態(tài)物質(zhì)，由等離子體發(fā)生裝置激發(fā)成為低溫等離子體的輝光放電狀態(tài)，等離子體發(fā)生方法可以采用高壓脈沖輝光放電、非熱電弧放電、射頻放電(RF)或電子回旋共振微波放電(ECR)的一種或兩種(及以上)共用；

氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)入第二級(jí)等離子體反應(yīng)器時(shí)溫度約60---180℃，出口溫度控制為200---700℃，以一定的速度由進(jìn)入口向出口流動(dòng)；(在低溫非平衡等離子體中，電子的溫度很高，而離子溫度和物質(zhì)溫度很低，這里溫度，指的是體系中分子的平均溫度)

在等離子體狀態(tài)下，必需經(jīng)過一定的反應(yīng)時(shí)間(0.5秒---2分鐘)；

進(jìn)入反應(yīng)器的原料物質(zhì)在等離子體中將處于化學(xué)成分不穩(wěn)定狀態(tài)，各種物質(zhì)成分發(fā)生很大的化學(xué)變化，大分子的焦油會(huì)進(jìn)一步降解為較小的分子，而水、一氧化碳、氫等氣體，在與電子不斷的碰撞中處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，它們被電離，生成活性基團(tuán)，易與其它有機(jī)物重組，由于原料成分決定產(chǎn)品成分(進(jìn)入的C、H、O原子數(shù)量與產(chǎn)品中的原子數(shù)量相等)，最終生成物是較小分子的含氧有機(jī)物為主的有機(jī)化合物時(shí)作為反應(yīng)終點(diǎn)，產(chǎn)品出反應(yīng)器；

離開第二級(jí)等離子體反應(yīng)器的氣態(tài)產(chǎn)物，與冷的液體混合激冷后壓縮為0.01---0.5MPa、冷凝到30℃以下，大部分呈液體狀態(tài)，在冷凝器下部收集，少量不凝結(jié)的氣體，主要成分是CO和H₂；

由該方法將固體生物質(zhì)或垃圾中可燃有機(jī)物轉(zhuǎn)化的液體含氧有機(jī)物，再在空氣中燃燒時(shí)，燃燒完全不產(chǎn)生黑煙，是優(yōu)良的燃料。經(jīng)過辛烷值或十六烷值調(diào)配，是優(yōu)質(zhì)汽車燃料，比石油產(chǎn)品液體烴燃料更環(huán)保；

如果以轉(zhuǎn)化為一氧化碳與氫的氣體產(chǎn)品為目的，生物質(zhì)和垃圾中可燃物原料進(jìn)入第一級(jí)反應(yīng)器時(shí)，可以有高的(30-40％)含水量，即可以協(xié)同處理高濃度有機(jī)污水如動(dòng)物糞便、污泥，第一級(jí)反應(yīng)器和第二級(jí)反應(yīng)器都可以在近常壓下運(yùn)行(正1000Pa至負(fù)5000Pa)，它們之間有較小的壓力差(正1000Pa至負(fù)1000Pa)，氣態(tài)產(chǎn)物在氣壓作用下離開第一級(jí)反應(yīng)器，可以直接進(jìn)入第二級(jí)等離子體反應(yīng)器；

第二級(jí)等離子體反應(yīng)器是一個(gè)長形空腔容器，它的長度可以短些，它的原料進(jìn)口與第一級(jí)反應(yīng)器相連，產(chǎn)品出口直接與發(fā)電設(shè)備相連，并可以在發(fā)電設(shè)備后面冷卻后使用簡單的抽吸氣體的設(shè)備，如離心式風(fēng)機(jī)、羅茨式、活塞式、滑片式或水環(huán)式壓氣機(jī)等；

進(jìn)入第二級(jí)等離子體反應(yīng)器的氣態(tài)物質(zhì)，由等離子體發(fā)生裝置激發(fā)成為低溫等離子體狀態(tài)。等離子體發(fā)生方法可以采用簡單的電弧放電，氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)入第二級(jí)等離子體反應(yīng)器時(shí)溫度約60---180℃，出口溫度控制為1000℃以上，經(jīng)過0.5秒-----130秒的反應(yīng)時(shí)間，產(chǎn)品全部是一氧化碳和氫；

高溫下，如果第二級(jí)反應(yīng)器中有焦油或積炭，可以通入高溫水蒸汽消除，如果產(chǎn)品氣體中含有過量的水分，可以使其通過一個(gè)熱炭層消除，得到優(yōu)質(zhì)高溫的一氧化碳和氫的混合氣體。