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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410785146.1(22)申请日 2014.12.12C01B 3/02(2006.01)(71)申请人 中山大学地址 510275 广东省广州市海珠区新港西路135 号(72)发明人 杜长明(54) 发明名称一种等离子体热解生物质制合成气装置(57) 摘要本发明公开了一种等离子体热解生物质制合成气装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源 ；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、进气通道、出气通道；将生物质破碎后装。
2、入等离子体反应器中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动高压电源，等离子体反应器开始工作 ；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的生物质，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)申请公布号 CN 104495746 A(43)申请公布日 2015.04.08CN 104495746 A1/1 页21.一种等离子体热解生物质制合成气装置，其特征是包括 ：等离子体。
3、反应器及给等离子体反应器供电的高压电源 ；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、生物质、进气通道、出气通道 ；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定 ；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接 ；底部开口的陶。
4、瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载生物质，在装置工作时，陶瓷坩埚内的生物质将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。权 利 要 求 书CN 104495746 A1/3 页3一种等离子体热解生物质制合成气装置技术领域0001 本发明涉及生物质处理技术，特别是涉及一种等离子体热解生物质制合成气装置。背景技术0002 化石燃料的开采与使用，带给人类巨大的经济效益，但与此同时我们也不得不面对资源枯竭及气候变化所带来的挑战，因此越来越多的人关注到了替代及可再生能源的开发。在探索再生能源的利用过程中，生物质起到了非常重要的作用。生物质转化的热化学方法主要有燃烧、热解、气化等。在这些转化技术中。
5、，生物质或被直接转化为了热，或变成了更加便于利用的能量载体，如甲烷、氢气等气体，甲醇、乙醇等液体燃料，以及焦炭等固体。0003 传统热解及气化过程存在了一些弊端，如气体生产率低、会产生较重的油类化合物，从而造成对气体收集装置的腐蚀，并且增加了对所产气体进一步处理的需要。发明内容0004 为解决上述问题，本发明提出一种等离子体热解生物质制合成气装置。与传统热解和气化相比，等离子体热解生物质转化中具有许多独特的优势，如温度低，升温速率快，能量密度大，可在无氧纯热解的情况下将生物质分解为高品质合成气。0005 本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的 ：提供一种等离子体热解生物质制合成气装。
6、置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源 ；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、非热电弧等离子体、生物质、进气通道、出气通道 ；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定 ；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接。
7、 ；底部开口的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载生物质，在装置工作时，陶瓷坩埚内的生物质将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。0006 本发明所述的等离子体热解生物质制合成气装置的工作原理是 ：将生物质破碎后装入等离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作 ；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的生物质，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出 ；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的。
8、生物质被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣。0007 尖端石墨电极和平底石墨电极间隔要合理选择，过大的电极间隔会导致电压不足说 明 书CN 104495746 A2/3 页4以击穿电极间的载气，从而无法形成非热电弧等离子体。另外，由于施加在两极上的电压很高，因此反应器在工作时，要特别注意不要碰触电极，以免触电危险。此外，放入陶瓷坩埚内的生物质材料不应压实，要保持良好的气体通路，否则电极无法直接与载气接触，通电时无法形成非热电弧等离子体。还需要注意的是，反应器停止工作后不要立刻拆卸反应器、拿取陶瓷坩埚，因为反应器工作时放出大量的热，刚停止工作时，石。
9、墨电极、石英容器、陶瓷坩埚等部分温度很高，直接碰触易造成烫伤。0008 本发明可以根据实际要求完成生物质制合成气过程，简单、低成本、高效的生产高品质富氢合成气。附图说明0009 图 1 为本发明的结构示意图。0010 图 2 为本发明的实物图。0011 图 1 中 ：1 等离子体反应器，2 高压电源，3 石英容器，4 上聚四氟乙烯法兰，5 下聚四氟乙烯法兰，6 不锈钢支架，7 尖端石墨电极，8 平底石墨电极，9 上铜密封圈，10 下铜密封圈，11 陶瓷坩埚，12 非热电弧等离子体，13 生物质，14 进气通道，15 出气通道。具体实施方式0012 实施例0013 如附图 1 所示，本发明包括等。
10、离子体反应器 1 及给等离子体反应器供电的高压电源 2 ；等离子体反应器包括石英容器 3、上聚四氟乙烯法兰 4、下聚四氟乙烯法兰 5、不锈钢支架 6、尖端石墨电极 7、平底石墨电极 8、上铜密封圈 9、下铜密封圈 10、陶瓷坩埚 11、非热电弧等离子体 12、生物质 13、进气通道 14、出气通道 15 ；尖端石墨电极 (15mm) 和平底石墨电极(15mm)通过高压电线与高压电源(10kV/300W)相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器 ( 采用石英玻璃管，长 400mm，内径 30mm) 内，电极间隔固定保持在15mm，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支。
11、架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定 ；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接 ；底部开口孔径 9mm 的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间。0014 图 2 为本发明的实物图。选取木材作为生物质代表物，将木材破碎成 2-5mm 颗粒后装入等离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入 4L/min 氮气或氩气载气，启动与尖端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作 ；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的。
12、木材颗粒，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出 ；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的木材被处理完全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣。实验结果如表 1。0015 表 1 不同载气条件下的等离子体热解木材产气组分0016 说 明 书CN 104495746 A3/3 页50017 采用氩气作为载气时，其气体产物中含有较大量的甲烷，CO 和 H2的产量相较于其他两种载气来说是最低的，这可能是由于氩等离子体的反应活性不及其他两种载气故底物分解不彻底，产生了较大量的 CH4，从而也进一步影响了 CO 和 H2的产量。而对于氮气作为载气的情况，其等离子体处理效果较好，由于无氧，气体产物中 CO2所占比重低，甲烷比重略高于空气等离子体 ；但氮气等离子体的反应活性较好，故 CO 和 H2的产生情况也很理想，尤其是 H2。说 明 书CN 104495746 A1/2 页6图1说 明 书 附 图CN 104495746 A2/2 页7图2说 明 书 附 图CN 104495746 A。