本發(fā)明屬于低溫等離子體的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，隨全世界各行各業(yè)對(duì)能源需求日益增加，并加之化石能源的日益減少，及燃燒時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染，迫切促使人們探索并開(kāi)發(fā)一種清潔的新能源。而從廣泛存在于自然界的生物質(zhì)中提煉的生物質(zhì)油作為一種可再生能源因具有氮、硫含量低以及二氧化碳零排放的優(yōu)點(diǎn)受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)階段生物油精制提質(zhì)主要有催化加氫、催化裂解、催化酯化和乳化等方法。與其他提質(zhì)方法相比，催化加氫可顯著降低生物油的含量，增大生物油的H/C比，提高熱值，因此得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注及研究。但傳統(tǒng)的催化加氫主要利用高壓反應(yīng)釜進(jìn)行提質(zhì)，其投入成本過(guò)高，催化劑易失活，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮，急需一種理想的加氫技術(shù)方法來(lái)替代傳統(tǒng)方法進(jìn)行精制生物油。

研究表明，低溫等離子體因體系中含有高能電子、激發(fā)態(tài)原子、正負(fù)離子、自由基等具有高化學(xué)反應(yīng)活性的粒子，可引發(fā)常溫常壓下很難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，因而在污染物處理、材料制備及表面改性等方面應(yīng)用廣泛。由于大部分化學(xué)反應(yīng)是在液相中進(jìn)行的，因此研究者在傳統(tǒng)氣體放電低溫等離子體的基礎(chǔ)上，引入液體介質(zhì)，及催化劑固體介質(zhì)，在氣-液-固接觸界面引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，從而形成氣體-液體-固體三相放電低溫等離子體這一新型的化工處理技術(shù)。

因此，基于氣體-液體-固體三相放電低溫等離子體的技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，此裝置在應(yīng)用中體現(xiàn)出能耗低、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，反應(yīng)速率快、處理效率高、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服目前已有加氫技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低和易于工業(yè)化等顯著優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，包括等離子體發(fā)生器和供氣單元，所述等離子體發(fā)生器和供氣單元相連接；

所述等離子體發(fā)生器包括固定支架和反應(yīng)部分；

所述固定支架包括下層固定板、上層固定板和聚四氟乙烯螺栓，所述聚四氟乙烯螺栓的數(shù)量至少為2個(gè)；所述下層固定板、上層固定板通過(guò)聚四氟乙烯螺栓連接；

所述反應(yīng)部分包括第一密封定位板、第一螺母；高壓電極、第一橡膠塞、放電區(qū)域、液相生物油、反應(yīng)容器、固定支架、T字形試管、排氣管、第二橡膠塞、催化劑、第三橡膠塞、第二密封定位板、低壓電極/進(jìn)氣管、底座、高壓電源和第二螺母；

所述反應(yīng)容器呈十字形且為空心結(jié)構(gòu)且下端封閉，反應(yīng)容器設(shè)于所述下層固定板、上層固定板之間，反應(yīng)容器下端通過(guò)底座固設(shè)于所述下層固定板上；

所述反應(yīng)容器其中一個(gè)臂的端口通過(guò)第一橡膠塞密封，第一橡膠塞通過(guò)第一密封定位板固定，第一密封定位板下端嵌入所述下層固定板；反應(yīng)容器另一個(gè)臂的端口通過(guò)第三橡膠塞密封，第三橡膠塞通過(guò)第二密封定位板固定，第二密封定位板下端嵌入所述下層固定板；反應(yīng)容器上端出口設(shè)有第二橡膠塞，第二橡膠塞上開(kāi)有兩個(gè)通孔；

所述液相生物油置于所述反應(yīng)容器內(nèi)，且液相生物油液面高于反應(yīng)容器的兩個(gè)臂的最高處；

所述高壓電極為實(shí)心金屬棒，高壓電極的一端水平穿過(guò)第一橡膠塞進(jìn)入反應(yīng)容器，高壓電極的另一端連接高壓電源正極；所述低壓電極/進(jìn)氣管為金屬管，低壓電極/進(jìn)氣管的一端水平穿過(guò)第三橡膠塞進(jìn)入反應(yīng)容器，低壓電極/進(jìn)氣管的另一端接地；在所述反應(yīng)容器內(nèi)，所述低壓電極/進(jìn)氣管與高壓電極之間形成放電區(qū)域；

所述第一螺母通過(guò)螺紋與所述高壓電極連接高壓電源正極的一端連接；所述第二螺母通過(guò)螺紋與所述低壓電極/進(jìn)氣管接地的一端連接；

所述排氣管下端自上而下依次穿過(guò)所述上層固定板和所述第二橡膠塞上的其中一個(gè)通孔進(jìn)入所述反應(yīng)容器內(nèi)，且排氣管下端位于所述液相生物油液面上方；所述T字形試管上端自下而上依次穿過(guò)所述第二橡膠塞上的另一個(gè)通孔和所述上層固定板，T字形試管下端水平部分進(jìn)入反應(yīng)容器內(nèi)；T字形試管下端水平部分的一端與所述高壓電極進(jìn)入反應(yīng)容器的一端相對(duì)，T字形試管下端水平部分的另一端與所述低壓電極/進(jìn)氣管進(jìn)入反應(yīng)容器的一端相對(duì)，T字形試管下端水平部分的兩端打有微孔；T字形試管內(nèi)填裝有催化劑；

所述的供氣單元包括氣瓶、減壓閥和流量計(jì)，所述氣瓶、減壓閥和流量計(jì)依次通過(guò)管道連接；所述流量計(jì)的出口端與所述低壓電極/進(jìn)氣管接地的一端通過(guò)管道連接。

進(jìn)一步，所述高壓電極為實(shí)心不銹鋼棒，所述低壓電極/進(jìn)氣管為不銹鋼管。

進(jìn)一步，所述反應(yīng)容器、排氣管、T字形試管的材質(zhì)均為石英，厚度均為2～4mm。

進(jìn)一步，所述高壓電源的工作電壓為0～50kV，頻率為8～20kHz。

進(jìn)一步，所述的減壓閥控制進(jìn)氣壓力在0～0.05Mpa，所述的進(jìn)氣流量為0～100mL/min。

進(jìn)一步，所述催化劑為Pd/ZrO₂、NiMo/Al₂O₃、Ni/CNTS的任意一種。

進(jìn)一步，所述液相生物油為木屑油、稻殼油和秸稈油中的一種。

進(jìn)一步，所述氣瓶?jī)?nèi)的氣體為體積比為2:3的氫氦混合氣。

所述的供氣單元包括氣瓶、減壓閥和流量計(jì)，且氣瓶、減壓閥和流量計(jì)依次連接；所述流量計(jì)的出口端與所述低壓電極/進(jìn)氣管接地的一端通過(guò)管道連接，所述的供氣單元控制減壓閥將氣體通過(guò)流量計(jì)和進(jìn)氣管，進(jìn)入反應(yīng)容器中。

當(dāng)工作時(shí)，供氣單元控制減壓閥將氣體通過(guò)流量計(jì)和進(jìn)氣管，進(jìn)入反應(yīng)容器中，容器的底部為液相生物油，并基于電弧放電的原理，在高壓端與低壓端區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生低溫等離子體。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)相比于傳統(tǒng)的加氫裝置，本發(fā)明所采用的裝置能耗低、反應(yīng)速率快、成本較低。

(2)本發(fā)明采用的氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，既易于氣相放電的產(chǎn)生，又增加了放電產(chǎn)物與液體的接觸面，同時(shí)放電產(chǎn)生的物化效應(yīng)和各種活性粒子能夠快速的作用于液體，增強(qiáng)加氫脫氧的效果。

(3)本發(fā)明采用的氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，可以優(yōu)化能量注入?yún)?shù)(電壓、頻率、波形)、電極參數(shù)(幾何形狀及尺寸、材料、表面性質(zhì))、催化劑種類、電極間距等對(duì)加氫脫氧精制生物油的效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油裝置的簡(jiǎn)易示意圖；

圖2為本發(fā)明中等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中供氣單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：100、等離子體發(fā)生器；101、第一密封定位板；102、第一螺母；103、高壓電極；104、聚四氟乙烯螺栓；105、第一橡膠塞；106、放電區(qū)域；107、液相生物油；108、反應(yīng)容器；109、固定支架；110、T字形試管；111、排氣管；112、第二橡膠塞；113、催化劑；114、第三橡膠塞；115、第二密封定位板；116、低壓電極/進(jìn)氣管；117、底座；118、下層固定板；119、高壓電源；120、第二螺母；121、上層固定板；200、供氣單元；201、氣瓶；202、減壓閥；203、流量計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

如圖1～4所示一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，包括等離子體發(fā)生器100和供氣單元200，所述等離子體發(fā)生器100和供氣單元200相連接；

所述等離子體發(fā)生器100包括固定支架109和反應(yīng)部分；

固定支架109的作用主要是將整個(gè)反應(yīng)容器108固定并保持穩(wěn)定。所述固定支架109包括下層固定板118、上層固定板121和聚四氟乙烯螺栓104，所述聚四氟乙烯螺栓104的數(shù)量至少為2個(gè)；所述下層固定板118、上層固定板121通過(guò)聚四氟乙烯螺栓104連接；

所述反應(yīng)部分包括第一密封定位板101、第一螺母102；高壓電極103、第一橡膠塞105、放電區(qū)域106、液相生物油107、反應(yīng)容器108、固定支架109、T字形試管110、排氣管111、第二橡膠塞112、催化劑113、第三橡膠塞114、第二密封定位板115、低壓電極/進(jìn)氣管116、底座117、高壓電源119和第二螺母120；

所述反應(yīng)容器108呈十字形且為空心結(jié)構(gòu)且下端封閉，反應(yīng)容器108設(shè)于所述下層固定板118、上層固定板121之間，反應(yīng)容器108下端通過(guò)底座117固設(shè)于所述下層固定板118上；

所述反應(yīng)容器108其中一個(gè)臂的端口通過(guò)第一橡膠塞105密封，第一橡膠塞105通過(guò)第一密封定位板101固定，第一密封定位板101下端嵌入所述下層固定板118；反應(yīng)容器108另一個(gè)臂的端口通過(guò)第三橡膠塞114密封，第三橡膠塞114通過(guò)第二密封定位板115固定，第二密封定位板115下端嵌入所述下層固定板118；反應(yīng)容器108上端出口設(shè)有第二橡膠塞112，第二橡膠塞112上開(kāi)有兩個(gè)通孔；

所述液相生物油107置于所述反應(yīng)容器108內(nèi)，且液相生物油107液面高于反應(yīng)容器108的兩個(gè)臂的最高處；

所述高壓電極103為實(shí)心金屬棒，高壓電極103的一端水平穿過(guò)第一橡膠塞105進(jìn)入反應(yīng)容器108，高壓電極103的另一端連接高壓電源119正極；所述低壓電極/進(jìn)氣管116為金屬管，低壓電極/進(jìn)氣管116的一端水平穿過(guò)第三橡膠塞114進(jìn)入反應(yīng)容器108，低壓電極/進(jìn)氣管116的另一端接地；在所述反應(yīng)容器108內(nèi)，所述低壓電極/進(jìn)氣管116與高壓電極103之間形成放電區(qū)域106；

所述第一螺母102通過(guò)螺紋與所述高壓電極103連接高壓電源119正極的一端連接，第一螺母102用于固定高壓電極103；所述第二螺母120通過(guò)螺紋與所述低壓電極/進(jìn)氣管116接地的一端連接，第二螺母120用于固定低壓電極/進(jìn)氣管116；

所述排氣管111下端自上而下依次穿過(guò)所述上層固定板121和所述第二橡膠塞112上的其中一個(gè)通孔進(jìn)入所述反應(yīng)容器108內(nèi)，且排氣管111下端位于所述液相生物油107液面上方；所述T字形試管110上端自下而上依次穿過(guò)所述第二橡膠塞112上的另一個(gè)通孔和所述上層固定板121，T字形試管110下端水平部分進(jìn)入反應(yīng)容器108內(nèi)；T字形試管110下端水平部分的一端與所述高壓電極103進(jìn)入反應(yīng)容器108的一端相對(duì)，T字形試管110下端水平部分的另一端與所述低壓電極/進(jìn)氣管116進(jìn)入反應(yīng)容器108的一端相對(duì)，T字形試管110下端水平部分的兩端打有微孔；T字形試管110內(nèi)填裝有催化劑113；

所述的供氣單元包括氣瓶201、減壓閥202和流量計(jì)203，所述氣瓶201、減壓閥202和流量計(jì)203依次通過(guò)管道連接；所述流量計(jì)203的出口端與所述低壓電極/進(jìn)氣管116接地的一端通過(guò)管道連接。

所述高壓電極103為實(shí)心不銹鋼棒，所述低壓電極/進(jìn)氣管116為不銹鋼管。所述反應(yīng)容器108、排氣管111、T字形試管110的材質(zhì)均為石英，厚度均為2～4mm。所述高壓電源119的工作電壓為0～50kV，頻率為8～20kHz。所述的減壓閥202控制進(jìn)氣壓力在0～0.05Mpa，所述的進(jìn)氣流量為0～100mL/min。所述催化劑113為Pd/ZrO₂、NiMo/Al₂O₃、Ni/CNTS的任意一種。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，其特征在于，所述液相生物油107為木屑油、稻殼油和秸稈油中的一種。所述氣瓶201內(nèi)的氣體為體積比為2:3的氫氦混合氣。

本發(fā)明裝置的工作過(guò)程為：

工作之前先確定高壓電極103與低壓電極/進(jìn)氣管116之間的距離，并做好反應(yīng)容器的密封和固定工作，然后往裝置內(nèi)加入液相生物油，調(diào)節(jié)好填滿催化劑13的T字形試管位置，使其處于放電區(qū)域106，進(jìn)而旋開(kāi)氣瓶201，調(diào)節(jié)減壓閥202和流量計(jì)203，通過(guò)低壓電極/進(jìn)氣管116流入反應(yīng)容器108內(nèi)，先排空氣5min，并設(shè)定所需的氣體流量，打開(kāi)高壓電源119，調(diào)節(jié)工作電壓與頻率，觀察放電區(qū)域106的反應(yīng)情況，待反應(yīng)結(jié)束，關(guān)閉高壓電源119，繼續(xù)通入氣體，直至反應(yīng)容器108恢復(fù)到常溫，反復(fù)過(guò)濾去除催化劑103，用二氯甲烷萃取反應(yīng)后的產(chǎn)物，對(duì)有機(jī)相進(jìn)行靜置分離，采用減壓蒸餾的方法去除有機(jī)溶劑，得到精制生物油。