[發明專利]將生物質和垃圾中可燃物轉化為液體燃料或氣體燃料的工藝

在審

• 申請號: 201710036982.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106701198A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 杜新國
• 申請（專利權）人: 杜新國
• 主分類號: C10J3/18
• 分類號: C10J3/18;C10G1/00;C10G2/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域 本發明屬于能源化工領域。

背景技術 煤炭液化的技術方案有直接液化和間接液化。直接液化是將煤炭熱解高壓加氫，間接液化是將煤炭氣化為一氧化碳和氫，然后由氣體合成液體燃料。但是大多數天然和人工合成的固體有機物與煤炭有不同的性質，它們有更高的可揮發成分。在多年的試驗和研究中，我探索和發明了這種采用等離子物理方法控制化學反應，介于直接液化和間接液化之間的液化工藝，并可以產生氣體產品。

發明內容 本發明的主要技術特征為：將固體生物質和垃圾中可燃物轉化為液體燃料或氣體燃料的工藝，由連續的兩級等離子體反應完成。第一級用水的等離子體在較高的溫度下使固體有機物降解、氣化、脫灰，第二級是利用低溫等離子體物理技術對第一級產生的霧態氣態產物的化學成分重組改質得到優質液體產品；通過改變第二級等離子體設備的控制條件，如氣壓、宏觀體系溫度、產品出口溫度、電流、功率等，可以使進入的氣態霧態產物在第二級反應器中，不但可以轉化為液體產品，還可以部分或全部轉化為一氧化碳與氫的混合氣體(被稱為合成氣)，也就是可以改變最終氣體產品與液體產品的產出比率。一氧化碳與氫的混合氣體可以作為發電的原料燃氣。可以在發電設備中隨即轉化為電能自用或輸出。

第一級反應器設備中有水的等離子體發生裝置。在水的等離子體發生裝置中，由電弧電源供電，液體的水受熱氣化，氣態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反應器。在一個相對封閉的第一級反應器中，初步處理的固體有機物質原料被送入水的等離子體弧焰中，在第一級反應器中完成分解和脫除灰分。

第一級反應器是一個上吸式固定床的爐，在常壓(微負壓或微正壓)下運行。原料連續的從反應器上部或中部給入，多個水的等離子體弧焰從下部爐蓖(或內渣口)上方的四周向心噴入，反應生成的氣態產物逆流向上穿過物料層與物料換熱使物料熱解，物料熱解后變質成為的炭與水的等離子體反應，反應區平均溫度控制為略高于灰渣的熔點，灰渣融化為液態從爐蓖(或內渣口)滴下。間斷或連續排出。

物料在受熱和等離子體狀態的水的化學作用下，被烘干、降解析出氣態的揮發物(焦油)，生成的固體殘炭與等離子體狀態的水反應被氣化為一氧化碳和氫，最后析出灰分。出第一級反應器的氣態產物的主要成分是：有機揮發物(焦油)、水蒸氣、一氧化碳、氫等。

與第一級反應器相連的第二級反應器是在低于第一級反應器的氣壓下運行。

如果以轉化為液體燃料為目的，第二級反應器在高的真空度下運行，與第一級反應器有較大的壓力差。氣態產物在氣壓作用下迅速離開第一級反應器，經過一個壓力調節閥，進入第二級等離子體反應器。

第二級等離子體反應器是一個長形空腔容器。其真空度視第二級等離子體反應器宏觀體系溫度的要求而定，它的氣體壓力范圍是0.01Pa---4×104pa。它的原料進口經過一個壓力調節閥與第一級反應器出口相連，產品出口經過一個閘板閥與真空設備相連，真空設備后面連接壓縮設備，將產品壓入冷凝塔。真空設備視真空度需要可用一臺，必要時可以兩臺串聯。

進入第二級等離子體反應器的氣態物質，由等離子體發生裝置激發成為低溫等離子體的輝光放電狀態。等離子體發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。

氣態物質進入第二級等離子體反應器時溫度約60---180℃，出口溫度控制為200---700℃。以一定的速度由進入口向出口流動。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。

在等離子體狀態下，必需經過一定的反應時間。

進入反應器的原料物質在等離子體中將處于化學成分不穩定狀態，原料成分發生很大的化學變化，大分子的焦油會進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定的狀態，它們被電離，生成活性基團，易與其它有機物重組。由于原料成分決定產品成分，最終生成物是較小分子的含氧有機物為主的有機化合物時作為反應終點，產品出反應器。

離開第二級等離子體反應器的氣態產物，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，在冷凝器下部收集。少量不凝結的氣體，主要成分是CO和H2。

由該方法將固體生物質或垃圾中可燃有機物轉化的液體含氧有機物，再在空氣中燃燒時，燃燒完全不產生黑煙，是優良的燃料。經過辛烷值或十六烷值調配，是優質汽車燃料，比石油產品液體烴燃料更環保。