一种高压反应釜及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种高压反应釜及其控制方法，高压反应釜包括：高压反应釜腔体，用于容纳生物质、溶剂和水；超声发生装置，用于将高压反应釜腔体中的水溶液产生空泡；高压电极组件，用于将高压反应釜腔体中放电产生等离子体；所述的超声发生装置与高压电极组件协同作用，由超声发生装置提供所述空泡，由所述高压电极组件放电加载在所述空泡上实现放电，产生等离子体，由此增加空泡体积，提高溶液加热效率，增加空泡内自由基含量液化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高压反应釜及其控制方法
本专利技术属于水热液化
，涉及一种水热液化用反应釜结构，尤其是一种高压反应釜结构及其控制方法。
技术介绍
现有技术中大多通过水热法实现热化学转化。水热法通过是指在一个密闭体系内(高温高压体系下)，通过加热水和催化剂处理生物质的热化学转化过程。根据不同参数条件的不同(温度，压强及溶液组成等)，水热法得到的产物通常可以分为三类：(1)水热炭化：当温度180－250℃，高压釜中压强小于4MPa产物主要为焦炭；(2)水热液化：当溶液温度升高到200－370℃，高压釜中压强为4－20MPa时，主要产物为生物油；(3)水热气化：当高压釜中水分子处于超临界条件(溶液温度360－420℃，高压釜中压强为25－40MPa)时，生物质转化成可燃气体H2、CO和CH4等，其中水分子的临界点为374.3℃，22.1MPa。现有技术中在亚/超临界条件下的水热液化技术无需对生物质进行干燥，仅需要加水、溶剂和催化剂即可，高温高压下的水分子结构和化学性质有了很大改变，不仅可以溶解生物质降解后的大分子、水解产物及中间产物，且减少了传质影响，加快反应速率。液化产物热值高达30-35MJ/kg，产物的C原子数量在9－11之间，主要有：酸、葡萄糖、果糖、丙酮醛以及糠醛等化合物。然而，现有技术中在亚/超临界条件下的水热液化法也有很多缺点，最明显的是能耗高，每千克能耗高达1.8千瓦时，由于受传导加热的限制加热效率较低，50％以上的热量在热传导过程中损耗，其次是效率低，加热到200度以上需要45分钟，随后的催化液化耗时也在120分钟以上。上述缺点限制了该技术的推广。鉴于以上问题，一种低能耗、高加热效率的高压釜反应器成为本行业亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高生物质的液化率，缩短液化时间的高压釜反应器及控制方法。本专利技术提供一种高压反应釜，包括：高压反应釜腔体，用于容纳生物质、溶剂和水；超声发生装置，用于将高压反应釜腔体中的水溶液产生空泡；高压电极组件，用于将高压反应釜腔体中放电产生等离子体；所述的超声发生装置与高压电极组件协同作用，由超声发生装置提供所述空泡，由所述高压电极组件放电加载在所述空泡上实现放电，产生等离子体，由此增加空泡体积，提高溶液加热效率，增加空泡内自由基含量液化效果。作为本专利技术的一实施方式，所述的高压电极组件包括高压电极和绝缘陶瓷板，所述的绝缘陶瓷板上设置有圆形凹槽，内嵌所述的高压电极。作为本专利技术的又一实施方式所述的电极组件通过电极引线组件由所述高压反应釜中穿出，所述的电极引线组件包括高压电极引出线和绝缘陶瓷套管。作为本专利技术的又一实施方式，还包括压力传感器组件，所述压力传感器组件包括压力传感器和压力传感器的绝缘陶瓷套管，所述压力传感器用于测量高压反应釜内的压力，所述压力传感器的绝缘陶瓷套管用于隔离所述高压反应釜和所述压力传感器。作为本专利技术的又一实施方式，还包括温度传感器组件，所述温度传感器组件包括温度传感器和温度传感器的绝缘陶瓷套管，所述温度传感器用于测量高压反应釜重的温度，所述温度传感器的绝缘陶瓷套管用于隔离所述高压反应釜和所述温度传感器。作为本专利技术的又一实施方式，所述的超声发生组件包括耐高压超声发生器、圆筒状绝缘陶瓷层、圆筒状地电极、耐高压绝缘陶瓷套管。作为本专利技术的又一实施方式，还包括高压安全阀。作为本专利技术的又一实施方式，还包括等离子体电源，所述等离子体电源通过高压电极组加载于空泡上放电产生等离子体。作为本专利技术的又一实施方式，还包括超声发生装置电源，所述超声发生装置电源连接所述超声发生装置，用于驱动超声发生装置输出超声波。作为本专利技术的又一实施方式，所述生物质为秸秆、分辨、脂肪、动物肝脏中的一种或多种，所述的溶剂为甲醇、乙醇、甲醛、乙醛中的一种或多种混合溶剂，所述的水为纯净水、蒸馏水中的一种。本专利技术还提供一种高压反应釜的控制方法，包括按照比例配置溶液，装入高压反应釜腔体；通过等离子体电源向高压电极施加电压600-800V；溶液达到第一状态后，将所述等离子体电源电压输出调整为1200-1500V；溶液达到第二状态后，持续一定时间，生物质液化完成，逐渐减小电压至关闭；冷却溶液，液化结束。作为本专利技术的一实施方式，所述的溶液达到第一状态为，溶液温度为284-505度，压强小于2.4MPa，对应回路电流降为0.05-0.1A。作为本专利技术的又一实施方式，所述的溶液达到第二状态为溶液温度为364-388度，当压强为5.0-8.8MPa，对应回路电流降为0.2-0.35A。本专利技术通过在高压反应釜中设置超声发生装置和等离子装置，在高压反应釜中使超声与等离子体协同作用，增加自由基含量改善生物有品质，实现生物质的高效液化，不仅缩短了水热液化的时间，而且提高了热化效率。附图说明图1为本专利技术的高压反应釜结构示意图一；图2为本专利技术的高压反应釜结构示意图二；图3为本专利技术的超声发生组件结构示意图；图4为本专利技术的地电极俯视图示意图；图5为本专利技术的地电极剖视图示意图；图6为本专利技术的超声发生组件整体剖视图；图7为本专利技术的温度传感器组件结构示意图；图8为本专利技术的压力传感器组件结构示意图；图9为本专利技术的高压电极组件结构示意图；图10为本专利技术的电极引出线组件结构示意图；图11为本专利技术第一状态放电电流曲线图；图12为本专利技术第二状态放电电流曲线图。具体实施方式本专利技术为了克服传导加热过程中能量损耗大，加热效率低，自由基含量少，生物油品质低等特点的缺点，对高压釜反应器及其控制方法进行改进，以下结合附图对本专利技术进行具体说明如下：本专利技术对于高压釜反应器结构进行改进，本专利技术的高压釜反应器具有高压电极、地电极、超声装置、压力传感装置和温度探测装置，在反应釜中添加水、生物质和溶剂，调节超声装置和高压电极与地电极两极间参数实现超声与等离子体协同作用，从而实现生物质高效液化。该协同作用过程能够增加自由基含量改善生物油品质，具体协同作用过程为：超声装置开启时能够在反应釜中使水溶液在超声作用下产生小于10微米的空泡，其中空泡中主要成分为气态的水分子、电子、-OH、-H和-HO2等自由基(含量约1016m3)，超声装置不能够加热溶液，但是超声可以为溶液提供空泡，这些空泡为等离子体放电提供了放电所需气体，当空泡位于高压电极和地电极间时，即可电离空泡产生等离子体，而放电产生的等离子体又可显著增加空泡的体积和自由基含量(含量约为1023m3)。同时，放电产生的等离子体的过程能够有效加热溶液，使温度迅速上升从而实现液化。因此，超声装置和等离子体协同作用时，首先是超声作用提供空泡，由等离子体电源9通过高压电极和地电极输出信号加载在空泡上实现放电，产生等离子体。等离子体不仅显著增加空泡的体积，有效加热溶液，同时增加空泡内自由基含量液化效果。下面分别针对本专利技术的结构分别具体说明：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压反应釜，包括：/n高压反应釜腔体，用于容纳生物质、溶剂和水；/n超声发生装置，用于将高压反应釜腔体中的水溶液产生空泡；/n高压电极组件，用于将高压反应釜腔体中放电产生等离子体；/n所述的超声发生装置与高压电极组件协同作用，由超声发生装置提供所述空泡，由所述高压电极组件放电加载在所述空泡上实现放电，产生等离子体，由此增加空泡体积，提高溶液加热效率，增加空泡内自由基含量液化效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压反应釜，包括：
高压反应釜腔体，用于容纳生物质、溶剂和水；
超声发生装置，用于将高压反应釜腔体中的水溶液产生空泡；
高压电极组件，用于将高压反应釜腔体中放电产生等离子体；
所述的超声发生装置与高压电极组件协同作用，由超声发生装置提供所述空泡，由所述高压电极组件放电加载在所述空泡上实现放电，产生等离子体，由此增加空泡体积，提高溶液加热效率，增加空泡内自由基含量液化效果。


2.如权利要求1所述的高压反应釜，其特征在于，所述的高压电极组件包括高压电极和绝缘陶瓷板，所述的绝缘陶瓷板上设置有圆形凹槽，内嵌所述的高压电极。


3.如权利要求2所述的高压反应釜，其特征在于，所述的高压电极组件通过电极引线组件由所述高压反应釜中穿出，所述的电极引线组件包括高压电极引出线和绝缘陶瓷套管。


4.如权利要求1所述的高压反应釜，其特征在于，还包括压力传感器组件，所述压力传感器组件包括压力传感器和压力传感器的绝缘陶瓷套管，所述压力传感器用于测量高压反应釜内的压力，所述压力传感器的绝缘陶瓷套管用于隔离所述高压反应釜和所述压力传感器。


5.如权利要求1所述的高压反应釜，其特征在于，还包括温度传感器组件，所述温度传感器组件包括温度传感器和温度传感器的绝缘陶瓷套管，所述温度传感器用于测量高压反应釜重的温度，所述温度传感器的绝缘陶瓷套管用于隔离所述高压反应釜和所述温度传感器。


6.如权利要求1所述的高压反应釜，其特征在于，所述的超声发生组件包括耐高压超声发生器、圆筒状绝缘陶瓷层、圆筒状地电极、耐高...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先徽，薄成斌，杜旭，杨思泽，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35