一种气体‑液体两相放电加氢精制生物油的装置的制作方法

本发明属于低温等离子体的应用技术领域，尤其涉及一种气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置。

背景技术：

随着全球经济和社会的高速发展，化石能源被大量消耗并逐渐枯竭，因其过度利用导致环境和气候问题日益严重，能源短缺和环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的主要矛盾，寻找可替代清洁能源已成全球共识。而生物质能是绿色植物通过光合作用贮存起来的能源，具有储量大、可再生、含硫量低、CO₂零排放等优点，可作为化石能源的替代能源。因而，作为唯一可再生的资源，如何高效的将生物质资源转化成具有较高附加值的化工原料和可替代燃料而受到广泛关注。

现阶段生物油精制提质主要有催化加氢、催化裂解、催化酯化和乳化等方法。相比其他提质方法，催化加氢可显著降低生物油的含量，增大生物油的H/C比，提高热值，因此目前被广泛关注及研究。但传统的催化加氢提质主要利用高压反应釜，投入成本过高，催化剂易失活，反应时间过长，因此从长远角度上，急需一种理想的加氢技术方法来精制生物油。

研究表明，低温等离子体因体系中包含有高能电子、激发态原子、正负离子、自由基等具有高化学反应活性的粒子，可引发常温常压下很难进行的化学反应，因而在污染物降解、消毒、材料制备及表面改性方面应用广泛。由于大部分化学反应是在液相中进行的，研究者在传统气体放电低温等离子体的基础上，引入液体介质，从而在气-液接触界面引发化学反应，形成了气体-液体两相放电低温等离子体这一新型的化工处理技术。

因此，基于气体-液体两相放电低温等离子体的技术基础上，发明了一种气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置，此装置在应用中体现出能耗低、工艺设备简单，反应速度快、处理效率高、易于实现工业化等技术优势。

技术实现要素：

为了克服目前已有加氢技术中存在的缺陷，本发明提供了一种气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置，该装置具有结构简单、成本较低和易于工业化等显著优势。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置，包括等离子体发生器和供气单元；

所述等离子体发生器包括反应容器、橡胶塞、进排气管、高低压电极和高压电源；所述反应容器上部开口处设有橡胶塞密封，所述橡胶塞上开有中心圆孔、进气孔和排气孔，高压电极穿过中心圆孔，一端伸入反应容器中，另一端与高压电源连接；进气管安装至进气孔内并延伸至高压电极的下端，排气孔安装于排气孔内；

所述高压电极包括连接高压电源正极的空心铁棒和套设在空心铁棒外的内介质管；所述内介质管与空心铁棒之间的空隙密封；所述低压电极为圆形铝片，紧密贴合与反应容器底部；

所述的供气单元包括气瓶、减压阀和流量计，且气瓶、减压阀和流量计依次连接；所述流量计的另一端与进气管连接，所述的供气单元控制减压阀将气体通过流量计和进气管，进入反应容器中。

本发明所述装置还包括固定支架，所述固定支架由聚四氟乙烯螺栓和密封定位板构成，将整个反应容器固定并保持稳定

所述进气孔和排气孔位于中心圆孔两侧。

所述的反应容器、进排气管、内介质管的材料均为石英，厚度为2～4mm。

所述的进气管采用L型石英管，L型管下端口靠近高压电极；所述排气管亦采用L型石英管，L型管下端口位于液面上方。

所述高压电源的工作电压为0～50kV，频率为8～20kHz。

所述的减压阀控制进气压力在0～0.05Mpa，所述的进气流量为0～100mL/min。

当工作时，供气单元控制减压阀将气体通过流量计和进气管，进入反应容器中，容器的底部为液相生物油，高压电极不与生物油直接接触，因此在两相环境下，基于介质阻挡放电原理，在放电区产生低温等离子体；所述的低压电极为圆形铝片，紧密贴合于反应容器底部，确保高低压电极间产生稳定的等离子体。

所述的液相生物油为生物质经过真空热裂解的液体燃料，如木屑油、稻壳油和秸秆油等；所述气相为氢氦混合气

本发明的有益效果是：

(1)相比于传统的加氢装置，本发明所采用的装置能耗低、反应速率快、成本较低。

(2)本发明采用的气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置，既易于气相放电的产生，又增加了放电产物与液体的接触面，同时放电产生的物化效应和各种活性粒子能够快速的作用于液体，增强加氢脱氧的效果。

(3)本发明采用的气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置，可以优化能量注入参数(电压、频率、波形)、电极参数(几何形状及尺寸、材料、表面性质)对加氢脱氧精制生物油的效果。

附图说明

图1为本发明中一种气体-液体两相放电加氢精制生物油装置的简易示意图；

图2为本发明中等离子体发生器的结构示意图；

图3为本发明中供气单元的结构示意图；

图4为本发明中一种气体-液体两相放电加氢精制生物油装置的结构示意图；

附图标记说明：100、等离子体发生器；101、固定支架；102、聚四氟乙烯螺栓；103、反应容器；104、进气管；105、橡胶塞；106、密封定位板；107、排气管；108、内介质管；109、高压电极；110、放电区；111、液体；112、低压电极；200、供气单元；201、气瓶；202、减压阀；203、流量计。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明为一种气体-液体两相放电加氢精制生物油的装置如图1～图4所示，主要包括等离子体发生器100和供气单元200；所述等离子体反应器100包括反应容器103、橡胶塞105、进气管104、排气管107、高压电极109、低压电极112、高压电源113和固定支架101；所述固定支架101由聚四氟乙烯螺栓102和密封定位板106构成，将整个反应容器103固定并保持稳定。

所述反应容器103上部开口处设有橡胶塞105密封，所述橡胶塞105上开有中心圆孔、进气孔和排气孔，所述进气孔和排气孔位于中心圆孔两侧；高压电极109穿过中心圆孔，一端伸入反应容器103中，另一端与高压电源113连接；进气管104安装至进气孔内并延伸至高压电极109的下端，排气孔107安装于排气孔内；

所述高压电极109包括连接高压电源正极的空心铁棒和套设在空心铁棒外的内介质管108；所述内介质管108与空心铁棒之间的空隙密封；所述低压电极112为圆形铝片，紧密贴合与反应容器103底部。

所述供气单元200包括气瓶201、减压阀202和流量计203；且气瓶201、减压阀202和流量计203依次连接；所述流量计203的另一端与进气管104连接，所述的供气单元200控制减压阀202将气体通过流量计203和进气管104，进入反应容器103中。

所述的反应容器103、进排气管104、107、内介质管108的材料均为石英，厚度为2～4mm。

所述的进气管104采用L型石英管，L型管下端口靠近高压电极；所述排气管107采用L型石英管，L型管下端口位于液面上方。

所述高压电源113的工作电压为0～50kV，频率为8～20kHz。

所述的减压阀202控制进气压力在0～0.05Mpa，所述的进气流量为0～100mL/min。

本发明装置的工作过程为：

工作时，先将生物油放置于反应容器103内，调整高压电极109与液面的高度，旋开气瓶201，调节减压阀202和流量计203，通过进气管104流入反应容器103内，先排空气5min。设定理合适的气体流量，打开高压电源113，调节工作电压与频率，观察放电区110的反应状况，等反应结束，关闭高压电源113，继续通入气体，直至反应容器103冷却至室温，用有机溶剂萃取反应后的产物，对有机相溶液进行静置分离，采用减压蒸馏的方法去除有机溶剂，得到精制生物油。所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。