将生物质和垃圾中可燃物转化为液体燃料或气体燃料的工艺制造技术

本发明专利技术的主要技术特征为：将固体生物质和垃圾中可燃物转化为液体燃料或气体燃料的工艺，由连续的两级等离子体反应完成。第一级用水的等离子体在较高的温度下使固体有机物降解、气化、脱灰，第二级是利用低温等离子体物理技术对第一级气态产物的化学成分重组改质得到液体产品；通过改变第二级等离子体设备的控制条件，如气压、宏观体系温度、产品出口温度、电流等，可以使进入的气态产物在第二级反应器中，不但可以转化为液体产品，还可以部分或全部转化为一氧化碳与氢的混合气体(合成气)，也就是可以改变最终气体产品与液体产品的产出比率。

【技术实现步骤摘要】
将生物质和垃圾中可燃物转化为液体燃料或气体燃料的工艺
本专利技术属于能源化工领域。
技术介绍
煤炭液化的技术方案有直接液化和间接液化。直接液化是将煤炭热解高压加氢，间接液化是将煤炭气化为一氧化碳和氢，然后由气体合成液体燃料。但是大多数天然和人工合成的固体有机物与煤炭有不同的性质，它们有更高的可挥发成分。在多年的试验和研究中，我探索和专利技术了这种采用等离子物理方法控制化学反应，介于直接液化和间接液化之间的液化工艺，并可以产生气体产品。
技术实现思路
本专利技术的主要技术特征为：将固体生物质和垃圾中可燃物转化为液体燃料或气体燃料的工艺，由连续的两级等离子体反应完成。第一级用水的等离子体在较高的温度下使固体有机物降解、气化、脱灰，第二级是利用低温等离子体物理技术对第一级产生的雾态气态产物的化学成分重组改质得到优质液体产品；通过改变第二级等离子体设备的控制条件，如气压、宏观体系温度、产品出口温度、电流、功率等，可以使进入的气态雾态产物在第二级反应器中，不但可以转化为液体产品，还可以部分或全部转化为一氧化碳与氢的混合气体(被称为合成气)，也就是可以改变最终气体产品与液体产品的产出比率。一氧化碳与氢的混合气体可以作为发电的原料燃气。可以在发电设备中随即转化为电能自用或输出。第一级反应器设备中有水的等离子体发生装置。在水的等离子体发生装置中，由电弧电源供电，液体的水受热气化，气态水被电极之间的电弧电离为非热电弧等离子体射流，其出口宏观平均温度控制在3000℃----1000℃，水的等离子体弧焰喷入第一级反应器。在一个相对封闭的第一级反应器中，初步处理的固体有机物质原料被送入水的等离子体弧焰中，在第一级反应器中完成分解和脱除灰分。第一级反应器是一个上吸式固定床的炉，在常压(微负压或微正压)下运行。原料连续的从反应器上部或中部给入，多个水的等离子体弧焰从下部炉蓖(或内渣口)上方的四周向心喷入，反应生成的气态产物逆流向上穿过物料层与物料换热使物料热解，物料热解后变质成为的炭与水的等离子体反应，反应区平均温度控制为略高于灰渣的熔点，灰渣融化为液态从炉蓖(或内渣口)滴下。间断或连续排出。物料在受热和等离子体状态的水的化学作用下，被烘干、降解析出气态的挥发物(焦油)，生成的固体残炭与等离子体状态的水反应被气化为一氧化碳和氢，最后析出灰分。出第一级反应器的气态产物的主要成分是：有机挥发物(焦油)、水蒸气、一氧化碳、氢等。与第一级反应器相连的第二级反应器是在低于第一级反应器的气压下运行。如果以转化为液体燃料为目的，第二级反应器在高的真空度下运行，与第一级反应器有较大的压力差。气态产物在气压作用下迅速离开第一级反应器，经过一个压力调节阀，进入第二级等离子体反应器。第二级等离子体反应器是一个长形空腔容器。其真空度视第二级等离子体反应器宏观体系温度的要求而定，它的气体压力范围是0.01Pa---4×104pa。它的原料进口经过一个压力调节阀与第一级反应器出口相连，产品出口经过一个闸板阀与真空设备相连，真空设备后面连接压缩设备，将产品压入冷凝塔。真空设备视真空度需要可用一台，必要时可以两台串联。进入第二级等离子体反应器的气态物质，由等离子体发生装置激发成为低温等离子体的辉光放电状态。等离子体发生方法可以采用高压脉冲辉光放电、非热电弧放电、射频放电(RF)或电子回旋共振微波放电(ECR)的一种或两种(及以上)共用。气态物质进入第二级等离子体反应器时温度约60---180℃，出口温度控制为200---700℃。以一定的速度由进入口向出口流动。在低温非平衡等离子体中，电子的温度很高，而离子温度和物质温度很低，这里温度，指的是体系中分子的平均温度。在等离子体状态下，必需经过一定的反应时间。进入反应器的原料物质在等离子体中将处于化学成分不稳定状态，原料成分发生很大的化学变化，大分子的焦油会进一步降解为较小的分子，而水、一氧化碳、氢等气体，在与电子不断的碰撞中处于不稳定的状态，它们被电离，生成活性基团，易与其它有机物重组。由于原料成分决定产品成分，最终生成物是较小分子的含氧有机物为主的有机化合物时作为反应终点，产品出反应器。离开第二级等离子体反应器的气态产物，与冷的液体混合激冷后压缩为0.01---0.5MPa、冷凝到30℃以下，大部分呈液体状态，在冷凝器下部收集。少量不凝结的气体，主要成分是CO和H2。由该方法将固体生物质或垃圾中可燃有机物转化的液体含氧有机物，再在空气中燃烧时，燃烧完全不产生黑烟，是优良的燃料。经过辛烷值或十六烷值调配，是优质汽车燃料，比石油产品液体烃燃料更环保。如果以转化为一氧化碳与氢的气体产品为目的，生物质和垃圾中可燃物原料进入第一级反应器时，可以有高的(30-40％)含水量，即可以协同处理高浓度有机污水如动物粪便、污泥。第一级反应器和第二级反应器都可以在近常压下运行(正1000Pa至负5000Pa)，它们之间有较小的压力差(正1000Pa至负1000Pa)。气态产物在气压作用下离开第一级反应器，可以直接进入第二级等离子体反应器。第二级等离子体反应器是一个长形空腔容器，它的长度可以短些。它的原料进口与第一级反应器相连，产品出口直接与发电设备相连。并可以在发电设备后面冷却后使用简单的抽吸气体的设备，如离心式风机、罗茨式、活塞式、滑片式或水环式压气机等。进入第二级等离子体反应器的气态物质，由等离子体发生装置激发成为低温等离子体状态。等离子体发生方法可以采用简单的电弧放电。气态物质进入第二级等离子体反应器时温度约60---180℃，出口温度控制为300--1000℃以上，经过0.5秒-----30秒的反应时间，产品是一氧化碳和氢为主或全部。高温下，如果第二级反应器中有焦油或积炭，可以通入高温水蒸汽消除。如果产品气体中含有过量的水分，可以使其通过一个热炭层消除。得到优质高温的一氧化碳和氢的混合气体。1000℃以上高温的一氧化碳和氢的气体，是很好的发电燃料。它可以直接通过发电设备(燃料电池或燃气轮机)，就近转化为电能自用和输出。附图说明说明书附图1是本专利技术的设备配置图。图中设备标号的名称为：1水的等离子体发生装置、2第一级反应器、3气压调节阀、4第二级反应器、5闸板阀、6抽真空设备、7压缩设备、8冷凝塔、9发电设备。本专利技术产生如下有益效果：1、本专利技术实现了对天然固体生物质以及生活垃圾中固体有机可燃物的气态或液态转化，使之能够现代化能源利用。2、工艺简单，第一级物料处理常压运行，易操作。设备少，投资小。设备容易制造。生产安全性好。3、生产过程中和产品不产生有毒有害物质，三废排放少，对环境影响小。社会效益好。4、产品简单灵活。液态产品是液体无烟燃料，质量好。可作为内燃发动机燃料，用途大。5、热值转化率较高。6、工艺灵活，产品可以是液体燃料，也可以气体燃料，气体燃料可被燃料电池转化为电能。根据市场需求调节。生产可使用自供电。7、经济效益高。具体实施办法：举两例说明。例一、将农作物秸秆和垃圾中可燃物粗破碎至长度小于20厘米，干燥至原料含水小于20％。送入第一级反应器的进料口，被逐渐压紧挤压出空气，形成一个较密实的料柱，以阻挡空气流通，进入第一级反应器。第一级反应器是一个密闭的上吸式固定床的炉，料层由炉蓖支撑，炉蓖上方的周边安装有多个电弧等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
将固体生物质和垃圾中可燃物转化为液体燃料或气体燃料的工艺，由连续的两级等离子体反应完成，第一级用水的等离子体在较高的温度下使固体有机物降解、气化、脱灰，第二级是利用低温等离子体物理技术对第一级产生的雾态气态产物的化学成分重组改质得到优质液体产品，通过改变第二级等离子体设备的控制条件，如气压、宏观体系温度、产品出口温度、电流、功率等，可以使进入的气态雾态产物在第二级反应器中，不但可以转化为液体产品，还可以部分或全部转化为一氧化碳与氢的混合气体，也就是可以改变最终气体产品与液体产品的产出比率；第一级反应器设备中有水的等离子体发生装置，在水的等离子体发生装置中，由电弧电源供电，液体的水受热气化，气态水被电极之间的电弧电离为非热电弧等离子体射流，其出口宏观平均温度控制在3000℃‑‑‑‑1000℃，水的等离子体弧焰喷入第一级反应器，在一个相对封闭的第一级反应器中，初步处理的固体有机物质原料被送入水的等离子体弧焰中，在第一级反应器中完成分解和脱除灰分；第一级反应器是一个上吸式固定床的炉，在常压(微负压或微正压‑1000Pa至+1000Pa)下运行，原料连续的从反应器上部或中部给入，多个(1‑‑‑50个)水的等离子体弧焰从下部炉蓖(或内渣口)上方的四周向心喷入，物料在受热和等离子体状态的水的化学作用下，被烘干、降解析出气态的挥发物(焦油)，生成的固体残炭与等离子体状态的水反应被气化为一氧化碳和氢(反应生成的气态产物逆流向上穿过物料层与物料换热使物料热解，物料热解后变质成为的炭与水的等离子体反应)，最后析出灰分，反应区平均温度控制为略高于灰渣的熔点，灰渣融化为液态从炉蓖(或内渣口)滴下，出第一级反应器的气态产物的主要成分是：有机挥发物(焦油)、水蒸气、一氧化碳、氢等；与第一级反应器相连的第二级反应器是在低于第一级反应器的气压下运行；如果以转化为液体燃料为目的，第二级反应器在高的真空度(0.01Pa‑‑‑4×10...

【技术特征摘要】
1.将固体生物质和垃圾中可燃物转化为液体燃料或气体燃料的工艺，由连续的两级等离子体反应完成，第一级用水的等离子体在较高的温度下使固体有机物降解、气化、脱灰，第二级是利用低温等离子体物理技术对第一级产生的雾态气态产物的化学成分重组改质得到优质液体产品，通过改变第二级等离子体设备的控制条件，如气压、宏观体系温度、产品出口温度、电流、功率等，可以使进入的气态雾态产物在第二级反应器中，不但可以转化为液体产品，还可以部分或全部转化为一氧化碳与氢的混合气体，也就是可以改变最终气体产品与液体产品的产出比率；第一级反应器设备中有水的等离子体发生装置，在水的等离子体发生装置中，由电弧电源供电，液体的水受热气化，气态水被电极之间的电弧电离为非热电弧等离子体射流，其出口宏观平均温度控制在3000℃----1000℃，水的等离子体弧焰喷入第一级反应器，在一个相对封闭的第一级反应器中，初步处理的固体有机物质原料被送入水的等离子体弧焰中，在第一级反应器中完成分解和脱除灰分；第一级反应器是一个上吸式固定床的炉，在常压(微负压或微正压-1000Pa至+1000Pa)下运行，原料连续的从反应器上部或中部给入，多个(1---50个)水的等离子体弧焰从下部炉蓖(或内渣口)上方的四周向心喷入，物料在受热和等离子体状态的水的化学作用下，被烘干、降解析出气态的挥发物(焦油)，生成的固体残炭与等离子体状态的水反应被气化为一氧化碳和氢(反应生成的气态产物逆流向上穿过物料层与物料换热使物料热解，物料热解后变质成为的炭与水的等离子体反应)，最后析出灰分，反应区平均温度控制为略高于灰渣的熔点，灰渣融化为液态从炉蓖(或内渣口)滴下，出第一级反应器的气态产物的主要成分是：有机挥发物(焦油)、水蒸气、一氧化碳、氢等；与第一级反应器相连的第二级反应器是在低于第一级反应器的气压下运行；如果以转化为液体燃料为目的，第二级反应器在高的真空度(0.01Pa---4×104Pa)下运行，与第一级反应器有较大的压力差，气态产物在气压作用下迅速离开第一级反应器，经过一个压力调节阀，进入第二级等离子体反应器；第二级等离子体反应器是一个长形空腔容器，它的原料进口经过一个压力调节阀与第一级反应器出口相连，产品出口经过一个闸板阀与真空设备相连，(真空设备视真空度需要可用一台，必要时可以两台串联)真空设备后面连接压缩设备，将产品压入冷凝塔；进入第二级等离子体反应器的气态物质，由等离子体发生装置激发成为低温等离子体的辉光放电状态，等离子体发生方法可以采用高压脉冲辉光放电、非热电弧放电、射频放电(RF)或...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜新国，
申请(专利权)人：杜新国，
类型：发明
国别省市：河南,41