一种非平衡等离子体裂解生物质的方法

1.本发明涉及等离子体及其应用领域，特别是涉及一种非平衡等离子体裂解生物质的方法。


背景技术：

2.生物质是一种环境友好、成本低廉的可再生能源，其在一定条件下的气化可以使其内含的高分子聚合物发生热解、氧化、还原重整等反应，从而转化为氢气、一氧化碳和低分子烃类等可燃气体。生物质气化技术可运用到集中供气、热电联产、合成天然气、合成液体燃料和制氢等。现有生物质气化方法有生物发酵、高温热解、超临界水气化、等离子体裂解等。
3.生物质的等离子体裂解技术是在等离子体高温、高化学活性的环境中使生物质快速转化为一氧化碳和氢气的新方法，具有燃气焦油量低、燃气热值高、重整系统简单且能小型化的特点，正受到越来越多的关注。作为物质的第四态，等离子体是由电子、离子和中性气体组成的混合气体，其在宏观上呈电中性。等离子体中各成分粒子之间为非热力学平衡状态，且电子温度在一个电子伏特到几十个电子伏特之间，气体温度在几百开尔文到几万开尔文之间的等离子体称为低温等离子体。低温等离子体具有高温、高化学活性的特点，可将生物质燃料中的聚合物热解或部分氧化成氢气、一氧化碳或小分子烃类等可燃气体。低温等离子体按照粒子是否满足局域热力学平衡状态又可分为热等离子体和非热等离子体(非平衡等离子体)。热等离子体放电功率较大，温度较高，非热等离子体放电功率较小，温度较低。
4.在等离子体气化生物质方面，目前国内外使用较多的是热等离子体技术。虽然目前国内外应用热等离子体成功实现了生物质燃料气化，但等离子体热解产生合成气的热值远远低于等离子体消耗的能量。
5.为了适应未来生物质等离子体裂解技术的产业化发展需要，亟需降低等离子体耗电功率。当等离子体放电功率降低时，由热等离子体转为非热等离子体，等离子体参数变化较大。
6.基于上述问题，需重新探索应用非热等离子体即非平衡等离子体气化生物质的方式。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题在于，提供一种非平衡等离子体裂解生物质的方法，以解决平衡热等离子体裂解生物质时功耗高、转化效率低的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供一种非平衡等离子体裂解生物质的方法，其特点在于，包括：
9.首先，用高压交流电源给电弧炬腔供电，以生成高压电弧非平衡等离子体；高压电弧非平衡等离子体经电弧炬腔上端的电弧炬腔口进入到反应腔；
10.其次，启动气泵，生成高压空气，并经过带阀门的气体流量计来控制空气流量；
11.再次，启动生物质喂料机，生物质在高压空气作用下进入到电弧炬腔；
12.然后，进入电弧炬腔的生物质继续在高压空气的作用下经过电弧炬腔上端的电弧炬腔口进入到反应腔；
13.然后，进入到反应腔的生物质与从反应腔的二次氧化气入口进入的二次氧化气混合；
14.然后，反应腔内与二次氧化气混合的生物质在高压电弧非平衡等离子体的作用下发生裂解气化反应；
15.然后，裂解气化反应的生成气沿着气路经过冷却
‑
集灰装置；
16.然后，经过冷却
‑
集灰装置的洁净的生成气一小部分经过气路计入气相色谱仪用以分析其组成成分，绝大部分进入生成气收集装置。
17.所述高压电源的电压范围为8千伏—2万伏，工作频率是100赫兹
‑
9千赫兹。
18.所述电弧炬腔的工作气体是空气。
19.所述的电弧炬腔的二次氧化气是甲烷、氧气、氢气或水蒸气中的任意一种或任意两种的混合或任意三种的混合或这四种气体的混合气。
20.所述气相色谱仪分析得到的生成气组成可以用以反馈控制气泵的流量、生物质喂料机的喂料速度、高压交流电源的电压以及二次氧化气的配比及流量，用以获得最优的生成气组分。
21.可选的，所述生物质可以为干燥的木粉、干燥的植物秸秆粉末以及其他任意的粉末状生物质材料等。
22.本发明的有益效果为：
23.本发明的非平衡等离子体裂解生物质的方法，生成电弧非平衡等离子体所用的是空气，成本低。
24.本发明的非平衡等离子体裂解生物质的方法，生成电弧非平衡等离子体所用的功耗低。
25.本发明的非平衡等离子体裂解生物质的方法，转化效率高。
附图说明
26.图1为本发明实施例的工艺流程示意图。
27.其中，1、气泵，2、气路，3、带阀门的气体流量计，4、生物质喂料机，5、高压交流电源，6、电弧炬腔口，7、二次氧化气入口，8、反应腔，9、冷却
‑
集灰装置，10、生成气收集装置，11、气相色谱仪，12、电弧炬腔。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明实施例的目的是提供一种非平衡等离子体裂解生物质的方法，在本发明实
施例中，所用的生物质为干燥的木粉。
30.如图1所示，所述方法包括：
31.首先，用高压交流电源5给电弧炬腔12供电，以生成高压电弧非平衡等离子体；高压电弧非平衡等离子体经电弧炬腔上端的电弧炬腔口6进入到反应腔；
32.其次，启动气泵1，生成高压空气，进入气路2，并经过带阀门的气体流量计3来控制空气流量；
33.再次，启动生物质喂料机4，生物质在高压空气作用下进入到电弧炬腔12；
34.然后，进入电弧炬腔12的生物质继续在高压空气的作用下经过电弧炬腔上端的电弧炬腔口6进入到反应腔8；
35.然后，进入到反应腔8的生物质与从反应腔8的二次氧化气入口7进入的二次氧化气混合；
36.然后，反应腔8内与二次氧化气混合的生物质在高压电弧非平衡等离子体的作用下发生裂解气化反应；
37.然后，裂解气化反应的生成气沿着气路经过冷却
‑
集灰装置9；
38.然后，经过冷却
‑
集灰装置9的洁净的生成气一小部分经过气路计入气相色谱仪11用以分析其组成成分，绝大部分进入生成气收集装置10。
39.在本实施例中，高压交流电源5的电压范围为8千伏—2万伏，工作频率是100赫兹
‑
9千赫兹；电弧炬腔12的工作气体是空气；从电弧炬腔12的二次氧化气入口7进入的是甲烷和氧气的混合气。
40.本发明实施例中气相色谱仪11分析得到的生成气组成成分可以用以反馈控制气泵1的流量、生物质喂料机4的喂料速度、高压交流电源5的电压以及二次氧化气的配比及流量，用以获得最优的生成气组分。
41.本发明实施例的非平衡等离子体裂解生物质的方法，生成非平衡等离子体用的是空气，成本较低；生成非平衡等离子体所用功耗低，生物质与二次氧化气混合后在非平衡等离子体的作用下发生裂解气化反应时的转化效率高。
42.本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。