一种生物质焦油分级等离子体催化系统及其使用方法 专利技术说明

石油,煤气及炼焦工业设备的制造及其应用技术1.本发明涉及一种生物质焦油催化系统及方法，尤其涉及一种生物质焦油分级等离子体催化系统及其使用方法。背景技术：2.生物质是一种碳中性燃料，其高效清洁利用有助于我国顺利实现“双碳”目标。生物质气化产生的合成气可直接作为合成液体燃料的原料，也可以制备高附加值化学品，具有巨大的应用潜力。但气化副产物焦油一直是制约其工业化应用的瓶颈。焦油一般可认为是分子量大于苯的有机化合物的统称，其冷凝后可以粘附在气化反应器管道或其他用气设备上，造成能量浪费及安全威胁。因此，开发高效、经济的焦油脱除方法已成为研究人员关注的焦点。焦油脱除方法主要包括物理脱除、热转化、催化转化、等离子体转化等。3.现有技术中效果较好的技术是催化转化和低温等离子体转化。催化转化的优点是转化产物选择性高，但是一般过渡金属催化剂的活性较弱，断裂焦油分子中化学键的能力不足。低温等离子体技术由于其具有高能粒子，因此活性较高，但是产物选择性较弱。低温等离子体耦合催化技术将形成两种技术的优势互补，具有巨大的应用潜力。但是低温等离子体耦合催化系统也存在着一定不足：1)高压电极与低压电极之间间距不能过大，导致设备放大困难，因此气体处理量较低；2)低温等离子体放电强度随着温度的升高而降低，催化剂活性随温度的升高而增加，导致单级低温等离子体耦合催化系统在温度选择方面存在矛盾。技术实现要素：4.发明目的：本发明目的是提供一种避免生物质焦油催化时等离子体与温度之间的矛盾的分级等离子体催化系统。5.技术方案：本发明所述的一种生物质焦油分级等离子体催化系统，包括高压电源、加热炉、反应器以及温控系统；其中加热炉分为上级加热炉和下级加热炉，反应器上下分为离子体催化区和热催化区，所述上级加热炉包覆在离子体催化区外部，所述下级加热炉包覆在热催化区外侧，且温控系统分别与上级加热炉、下级加热炉连接，高压电源与离子体催化区连接。6.进一步地，所述反应器上下两端分别设有上盖和下盖，上盖上设有接线口，下盖上设有出气口；反应器上端侧面设有进气口；反应器内设有将反应器分为离子体催化区和热催化区的凸台，凸台上方安装有刚玉管单元，且刚玉管单元内部设有高压电极单元，热催化区设有放置催化剂的挡板。7.进一步地，所述刚玉管单元包括若干根刚玉管、低压电极和支撑板，刚玉管固定安装在支撑板上，支撑板放置在凸台上，低压电极包裹在刚玉管上；所述连接板上设有汇聚高压电极电线的接线柱，接线柱通过接线口与高压电源连接。8.进一步地，高压电极单元包括若干高压电极和催化剂垫片，所述高压电极上端部固定安装有连接板，且高压电极安装位置与刚玉管一一对应，所述高压电极与高压电源连接；催化剂垫片固定安装于高压电极的下端部。9.进一步地，所述壳体为石英管。10.进一步地，所述刚玉管按照蜂窝煤状分布在支撑板上。11.进一步地，所述刚玉管上端口处设有密封板。12.进一步地，所述低压电极为金属网。13.进一步地，所述反应器上侧面设有出线口，低压电极通过出线口做接地处理。14.一种上述生物质焦油分级等离子体催化系统的使用方法，包括以下步骤：15.(1)开启加热炉，根据所处理气体的特点，分别设定上下级加热炉的温度；16.(2)打开高压电源，设置电流参数，形成稳定、可靠的放电等离子体；17.(3)向进气口通入生物质气化合成气，调整进气量，使气流均匀、稳定通过放电区域及催化剂区域；18.(4)从出气口收集处理后的生物质气化合成气；19.(5)气体处理完毕之后，停止生物质气化合成气的通入，关闭加热炉、高压电源，停止收集气体，系统运行结束。20.有益效果：和现有技术相比，本发明具有以下显著的优点：21.(1)本发明设置上下级加热炉可以解决由于等离子体放电强度随温度升高下降，催化剂催化活性随温度升高增加，而引起的在单级等离子体催化系统中温度设定矛盾。22.(2)本发明在等离子体放电段采用蜂窝煤状多根刚玉管反应器并联的方式在保证高压电极与低压电极合适放电间隙的前提下，提升了处理能力，提高了处理效率，解决了单根反应器高压电极与低压电极放电间隙不能过大而导致的处理能力低下问题。23.(3)本发明等离子体放电均匀稳定、反应装置简单、安装方便、处理效率高，并且低温等离子体与催化剂在焦油脱除过程中具有明显的协同效应。24.(4)本发明中所使用的催化剂没有限制，如ni/al2o3、fe/al2o3、ni-fe/al2o3、ni/hap(羟基磷灰石)、fe/hap、ni-fe/hap等均可以使用。25.(5)本发明与生物质气化技术结合使用，能够有效脱除副产物焦油，提高生物质气化合成气品质。附图说明26.图1为本发明系统整体结构示意图；27.图2为本发明反应器的示意图；28.图3为本发明反应器的爆炸图；29.图4为本发明反应器俯视图及a-a剖面图；30.图5为本发明刚玉管单元主视图及俯视图；31.图6为本发明高压电极单元主视图及下视图。具体实施方式32.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。33.如图1至图6所示，本发明提供的一种生物质焦油分级等离子体催化系统，高压电源1、加热炉2、反应器3及温控系统4，加热炉2分为上级加热炉201和下级加热炉202，温控系统4分别与上级加热炉201和下级加热炉202相连；反应器3上下分为等离子体催化区301和热催化区302，等离子体催化区301被上级加热炉201包覆进行加热，热催化区302被下级加热炉202包覆进行加热。34.反应器3内安装着刚玉管单元5和挡板6，反应器3具体为石英管，反应器3上下两端分别设有上盖7和下盖8，上盖7中部开有接线口9；下盖8中部开有出气口10，反应器3上端侧面开设进气口11，位于反应器3中部的凸台12将反应器3分为等离子体催化区301和热催化区302，凸台12上放置刚玉管单元5，并且刚玉管单元5内放置有高压电极单元13，刚玉管单元5以及其内置的高压电极单元13形成上部的等离子体催化区301；刚玉管单元5上方设置有密封板14；反应器3上端的另一个侧面设置有出线口15；热催化区中部设置有放置催化剂的挡板6。35.刚玉管单元5包括若干根刚玉管16、低压电极17和支撑板18，刚玉管16固定安装在支撑板18上，并且按蜂窝煤状分布，支撑板18卡合在凸台12上方，低压电极17为金属丝网包裹在刚玉管16外部，并通过出线口15做接地处理。36.高压电极单元13包括高压电极19、接线柱20和催化剂垫片21，高压电极19端部固定安装连接板22，若干高压电极19呈蜂窝煤状固定在连接板22上，并且其排列位置与若干刚玉管16一一对应，若干的高压电极19电线汇聚于接线柱20，接线柱20固定在连接板22上方，并通过接线口9与高压电源1连接；催化剂垫片21用于放置催化剂且位于高压电极19下端部。37.基于上述装置的一种生物质焦油分级等离子体催化重整方法，包括以下步骤：38.步骤一：开启分级加热炉2，进行分级加热炉的温度设定，根据所处理气体的特点，分别在温控系统4上设定上级加热炉201和下级加热炉202的温度；39.步骤二：打开高压电源1，根据实际条件，设置合适参数，保证形成稳定、可靠的放电等离子体；40.步骤三：向反应器3进气口11通入生物质气化合成气，调整进气量，使气流均匀、稳定通过等离子体催化区301及热催化区302；41.步骤四：处理后的生物质气化合成气由反应器3的出气口10排出，收集做后续利用；42.步骤五：气体处理完毕之后，停止生物质气化合成气的通入，关闭加热炉2、高压电源1，停止收集气体，系统运行结束。43.通过以上系统及方法进行生物质气化焦油的高效稳定转化，避免了等离子体与温度之间的矛盾，提高了生物质气化合成气的品质。









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