專利名稱：用等離子體轉化生物有機質的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是轉化生物有機質的方法及設備，特別是一種用等離子體轉化生物有機質的方法及設備。
人類發展到今天越來越依靠煤炭和石油等能源，可是這些物質都是不可再生的資源，在很短的時間內就會枯竭。大量使用這些資源會極大地污染地球生存環境。為了使人類更好地生存和發展，我們必須尋找一種地球環境中容易接收、容易產生、容易收集、能夠再生的資源作為石油煤炭的代替物質。地球上的綠色植物利用太陽能，通過光合作用將二氧化碳、水轉化為植物有機質(也稱生物有機質)，將巨大的太陽能以化學能的形式貯藏在植物體內。當使用了植物體內的化學能后就會放出二氧化碳和水。新的綠色植物又可利用太陽能通過光合作用再次將二氧化碳和水轉化成有機質，將巨大的太陽能以化學能形式貯藏在植物體內。所以地球上大量生長的植物是取之不盡的能源和物質。其中還含有很多化工原料。
燃燒植物有機體是直接利用其能源的古老方法，但它利用率低、消耗大，并把大量的有用化工原料燒掉，所以人們都在尋求將生物有機質轉化為能源物質，如可燃性氣體(生物氣)、可燃性液體(生物油)及可燃性固體(活性炭)的方法和設備，以便充分利用生物有機質內的能源，并和現代生活中使用石油煤炭的方式接軌。也就是說用生物氣、生物原油和木炭代替目前世界上大量使用的天然氣、石油和煤炭。
目前加拿大滑鐵盧大學研究的生物有機質快速熱裂解技術是當前世界上最先進最有商業前景的轉化方法。
該方法是將一種生物有機質轉化器置于加熱爐內，溫度控制在500℃～850℃，用氮氣風送法將生物有機質碎塊送入轉化器中，在催化劑的作用下，生物有機質轉化為生物氣(含有H2，甲烷，乙烯，CO等)，生物原油(含甲醇，甲醛，乙酸，苯酚等)及固體產品(即活性炭)。
由于轉化器(還帶有旋風分離器)置于加熱爐內，要求爐膛大，加熱量大，熱量快速傳遞到反應物上較困難，所以其裝置能耗高，效果較差，成本高，設備結構復雜。由于氮氣參加了整個轉化過程，使生物氣中含不可燃成份多，降低了生物氣的可用性。
本發明的目的是提出一種能耗低、轉化效率高、成本低、結構簡單、操作方便的生物有機質的轉化方法和設備。
本發明是這樣實現的。它具有生物有機質轉化器及物料輸送裝置，生物氣、液收集，分離裝置，在轉化器的外部設有微波輸出器，其輸出端與微波發生順相連。轉化器具有上下兩個進出口，其上進出口是轉化后固體物的排出口，也是產生等離子體的氣體如H2、甲烷、O2水蒸氣等的輸入口，轉器下進出口是物料進入口，也是轉化后的氣體，液氣的排出口、下進出口同時接有物料輸送裝置，排氣或抽氣裝置及收集、分離裝置。
轉化器可以用耐溫的石英管或者陶瓷管制成，外形截面為圓形、或者方形。結構上可以是單層或者是雙層結構。
本發明的轉化方法(即步驟)為1、將生物有機質破碎成碎屑或碎塊。
2、用間歇式進料法或用連續式進料法將物料送到轉化器中。
3、用抽氣或抽風機將轉化器內空氣從下部進出口抽出，保持轉化器內的負壓。
4、從上部進出口引入少量產生等離子體的氣體，如H2、甲烷、H2O等。
5、啟動微波發生器，從微波輸出器上向轉化器內輸入微波、點燃等離子體。
6、當間歇式送料時，上下移動微波輸出器，使等離子火焰掃過物料，將其轉化成氣體、液體和固體；當連續送料時，將物料連續送入等離子火焰區內，將其轉化成氣體液體和固體；7、將固體從上部進出口排出，氣體、液體從下部進出口排出。產生等離子體的氣體也可以直接利用轉化器下部進出口排出的混合氣。
本發明的工作原理是利用微波輸出器發出的微波，在轉化器內產生等離子體火焰，利用高溫等離子體直接裂解轉化生物有機質。所以本發明具有結構簡單，操作方便，能耗低、轉化效率高，成本低等特點。
下面以附圖及實施例對本發明進一步說明。
圖1為間斷供料的轉化裝置示意圖(轉化管可拆卸)。
圖2為連續供料的轉化裝置示意圖。
其中1-轉化器，2-微波輸出器，3-微波發生器，4-收集分離器，5-液體產品，6-氣體產品，7-物料，8-下部出口，9-上部進出口，10-喂料裝置，11-輸送裝置，12-抽氣裝置，13-液體分離器，14-液體產品槽，15-氣體產品貯灌，16-固體產品槽，17-葉輪給料機。
從圖1和圖2中看出本發明的轉化設備具有生物有機質轉化器[1]、物料輸送裝置[11]、喂料裝置[10]、抽氣裝置[12]、液氣分離器[4]、[13]等，在轉化器[1]外面設置有微波輸出器[2]，其輸入端與微波發生器[3]相連，轉化器[1]具有上、下部進出口[8]、[9]，其上進出口[9]接轉化后固體物的排出口，也接產生等離子體的氣體如H2、甲烷、O2水蒸氣等的輸入口，下部進出口[8]接有輸送裝置[11]、喂料裝置[10]、抽氣裝置[12]、液氣分離器[13]。
利用圖1的裝置，轉化實施例如下轉化實施例1置2．44克松木梢于玻璃轉化管中，上連氫氣供應系統，下連冷卻系統和抽空系統。起動微波發生器，點燃等離子體火焰，由上至下移動微波輸出器，使等離子火焰掃過所有松木梢，得液體產品1．44克(產率59．0％)，得固體產品活性炭0．288克(產率11．8％)，其它為氣體產品(產率為29％)。
所得氣體產品和液體產品的成份由氣相色譜儀和氣相色譜／紅外光譜聯用儀，以及氣相色譜／質譜聯用儀進行了鑒定。所得結果如下其中C2-5產率7．7％、H2、CH4、CO產率21％。氣體中烴類氣體成份有C2=75％，C3=11．5％，C4=5．1％，C5=5．5％，液體成份為CH2O，CH3OH，CH3CHO，CH3COOH，C4H3OCHO，C6H5OH，C6H5OCOCH3，C6H4(OH)OCH3，C6H4(OH)2，C6H4(OCH3)2，CH3C6H4OH，C6H6，C6H5CH3，C6H5CH2CH3……。
轉化實施例2置2．34克松木梢于玻璃轉化管中，上連甲烷供應系統，下連冷卻系統和抽空系統。起動微波發生器，點燃等離子體火焰，由上至下移動微波輸出器，使等離子火焰掃過所有松木梢，得液體產品產率63．2％，得固體產品活性炭產率10．3％，其它為氣體產品產率為26．5％(其中C2-5產率5．7％、H2、CH4、CO產率20％)。
液體產品中的化合物組成與實施例1基本相同。
轉化實施例3置未干燥松葉2．13克于玻璃轉化管中，上連氫氣供應系統，下連冷卻系統和抽空系統。起動微波發生器，點燃等離子體火焰，由上至下移動微波輸出器，使等離子火焰掃過所有松葉，得液體產品產率60％，得固體產品活性炭產率17．5％，其它為氣體產品產率為22．5％(其中C2-5產率2．5％、H2、CH4、CO產率19％)。液體產品中的化合物組成與實施例1基本同。
氣體中其中烴氣體的成份為C2=68．7％，C3=23．5％，C4=6．5％轉化實施例4置1．22克經干燥松葉(85℃3小時)于玻璃轉化管中，上連氫氣供應系統，下連冷卻系統和抽空系統。起動微波發生器，點燃等離子體火焰，由上至下移動微波發生器，使等離子火焰掃過所有松葉，得液體產品產率59．4％，得固體產品活性炭產率24．6％，其它為氣體產品產率為16％(其中C2-4產率5．5％、H2、CH4、CO產率10．5％)。液體產品中的化合物組成與實施例1基本相同。
氣體中其中烴氣體的成份為C2=73．3％，C3=21．7％，C4=4．5％轉化實施例5置2．2克廢紙屑于玻璃轉化管中，上連氫氣供應系統，下連冷卻系統和抽空系統。起動微波發生器，點燃等離子體火焰，由上至下移動微波輸出器，使等離子火焰掃所有廢紙屑，得液體產品產率62％，得固體產品活性炭產率14％，其它為氣體產品產率為24％。
轉化實施例6置2克松木梢于玻璃轉化管中，上連氫氣或者甲烷供應系統和水氣供應系統，下連冷卻系統和抽空系統。起動微波發生器，點燃等離子體火焰，然后再打開水氣供應系統，關閉甲烷或氫氣供應系統，由上至下移動微波輸出器，使等離子火焰掃過所有松木梢，得液體產品產率23％，得固體產品活性炭產率2％，其它為氣體產品產率為75％。
按圖2所示裝置，物料是用輸松裝置連續給料，其操作過程如下1、將生物有機質破碎成碎屑或碎塊。
2、用物料輸送裝置將物料送到轉化器[1]中。
3、用抽氣或抽風裝置[12]將轉化器[1]內空氣從下部進出口[8]抽出，保持轉化器[1]內的負壓。
4、從上部進出口[9]引入少量產生等離子體的氣體，如H2、甲烷、H2O等。
5、啟動微波發生器[3]，從微波輸出器[2]上向轉化器[1]內輸入微波、點燃等離子體。
6、將物料連續送入等離子火焰區內，將其轉化成氣體液體和固體；7、將固體從上部進出口[9]排出，氣體、液體從下部出口[8]排出。產生等離子體的氣體也可以直接利用轉化器[1]下部進出口[8]排出的混合氣。
權利要求
1．一種用等離子轉化生物有機質的設備，它具有生物有機質轉化器[1]及物料輸送裝置[11]，生物氣、液收集、分離裝置[4、13]抽氣裝置[12]，其特征在于轉化器[1]的外部設有微波輸出器[2]，其輸出端與微波發生器[3]相連。轉化器[1]具有上下兩個進出口[8、9]，其上進出口[9]是轉化后固體物的排出口，也是產生等離子全的氣體如H2、甲烷、O2、水蒸氣等的輸入口，轉化器[1]下進出口[8]是物料進入口，也是轉化后的氣體，液氣的排出口、下進出口[8]同時接有物料輸送裝置[11]，排氣或抽風裝置[12]及收集、分離裝置[4][13]。
2．一種用等離子轉化生物有機質的方法，其特征是轉化步驟為1)、將生物有機質破碎成碎屑或碎塊。2)、用間歇式進料法或用連續式進料法將物料送到轉化器[1]中。3)、用抽氣或抽風裝置將轉化器[1]內空氣從下部進出口[8]抽出，保持轉化器[1]內的負壓。4)、從上部進出口[9]引入少量產生等離子體的氣體，如H2、甲烷、H2O等。5)、啟動微波發生器[3]，從微波輸出器[2]上向轉化器[1]內輸入微波、點燃等離子體。6)、當間歇式送料時，上下移動微波輸出器，使等離子火焰掃過物料，將其轉化成氣體、液體和固體；當連續送料時，將物料連續送入等離子火焰區內，將轉化成氣體、液體和固體；7)、將固體從上部進出口[9]排出，氣體、液體從下部出口[8]排出。產生等離子體的氣體可以直接利用轉化器[1]下部進出口排出的混合氣。
3．根據權利要求1所述的轉化生物有機質的設備，其特征在于轉化器1可以用耐高溫的石英管或者陶瓷管材料制成。
4．根據權利要求2所述的轉化生物有機質的方法，其特征在于產生等離子的引入氣體也可以直接利用轉化器[1]下部進出口[8]排出的混合氣。
5．根據權利要求1或3所述的轉化生物有機質的設備，其特征在于轉化器[1]外形截面為圓形或者是方形，結構上可以是單層或者是雙層。
全文摘要
本發明提出一種用等離子轉化生物有機質為可燃性氣體、液體、固體的方法。它是將生物有機質碎塊送入轉化器中,用等離子體轉化成氣體、液體、固體,轉化器具有上下兩個進出口,上進出口是產生等離子體的氣體如氫氣、甲烷、水蒸氣、氧氣等的進入口,也是固體排出口。下部進出口接送料裝置、抽氣裝置、油氣收集分離裝置,轉化器的外部安裝有微波輸出器,以便輸入微波。本發明的轉化方法及設備具有結構簡單,操作容易,轉化效率高,成本低等優點。
文檔編號C10B57/00GK1204679SQ9811361
公開日1999年1月13日 申請日期1998年6月30日 優先權日1998年6月30日
發明者丁齊柱, 丁焰, 焦長江, 鄭建南 申請人:丁焰, 丁齊柱