本實(shí)用新型涉及生物質(zhì)液化，尤其是涉及一種等離子體液化裝置。

背景技術(shù)：

生物質(zhì)能源是可再生、可替代化石能源、可轉(zhuǎn)化成液態(tài)和氣態(tài)燃料以及其它化工原料或產(chǎn)品的碳資源的能源。生物質(zhì)液化技術(shù)是最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳镔|(zhì)能利用技術(shù)之一。目前生物質(zhì)直接液化技術(shù)有高壓液化技術(shù)、快速熱解液化技術(shù)、常壓下液化劑液化技術(shù)等，而液化劑液化主要有苯酚液化和多元醇液化。與此同時(shí)，臨界技術(shù)、微波技術(shù)等也被引入到生物質(zhì)液化中來(lái)。然而就目前的生物質(zhì)液化工藝而言，主要是采取高溫高壓的方式，存在耗能高、成本高等缺點(diǎn)；而液化劑液化技術(shù)需要給反應(yīng)加熱，液化時(shí)間長(zhǎng)且液化率不高。等離子體由電子、離子、原子、分子、激發(fā)態(tài)活性物組成，擁有獨(dú)特的化學(xué)活性和高反應(yīng)性，使得許多傳統(tǒng)方法不易或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)變?yōu)榭赡?。人們開(kāi)始嘗試將等離子體技術(shù)應(yīng)用到生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化技術(shù)中。Steinberg等(Steinberg M.Conversion of fossil and biomass fuels to electric power and transportation fuels by high efficiency integrated plasma fuel cell(IPFC)energy cycle[J].Hydrogen Energy,2006,31(3):405－411)利用等離子體技術(shù)將礦石燃料和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能、氫和液體燃料。Yi Weiming等(Yi Weiming,Bai Xueyuan,Xiu Shuangning,et al.The devolatilization charactertics of[J].Journal of Engineering Thermophysics,2006,27(2):135－138.(in Chinese with English abstract))利用高溫等離子體對(duì)生物質(zhì)的快速熱解液化進(jìn)行了研究。Tang等(Tang L,Huang H.Biomass gasification using capacitively coupled RF plasma technology[J].Fuel,2005,84(16):2055－2063)利用木屑為原料，采用射頻電容耦合等離子體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的氣化。Rusen Zhou等(Zhou,R.,et al.Fast liquefaction of bamboo shoot shell with liquid-phase Microplasma assisted technology.Bioresour.Technol.2016,http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2016.07.042)利用等離子體輔助液化劑快速液化筍殼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)Rusen Zhou等公開(kāi)的液化放電裝置存在不易放電等缺點(diǎn)，提供可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)快速液化，縮短液化時(shí)間，提高液化率，減少催化劑的量，得到富含酚化衍生物或羥基等活性集團(tuán)液化產(chǎn)物的一種等離子體液化裝置。

本實(shí)用新型設(shè)有反應(yīng)腔體、絕緣蓋、電極移動(dòng)槽、攪拌器、外電極、絕緣套管、內(nèi)電極、交流電源、氣瓶、直流電源；所述反應(yīng)腔體置于攪拌器上；所述反應(yīng)腔體裝入反應(yīng)的生物質(zhì)、溶劑、催化劑和磁子，絕緣蓋蓋于反應(yīng)腔體上，絕緣蓋上設(shè)有電極移動(dòng)槽，電極移動(dòng)槽供電極左右移動(dòng)，改變電極距離，可有不同的放電區(qū)域，絕緣套管設(shè)于外電極與內(nèi)電極之間；內(nèi)電極設(shè)有高壓內(nèi)電極和接地內(nèi)電極，內(nèi)電極用于介質(zhì)阻擋放電，外電極也設(shè)有高壓外電極和接地外電極，外電極用于弧光放電；絕緣套管與氣瓶連接，氣瓶?jī)?nèi)裝惰性氣體，用于內(nèi)電極介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生等離子體；絕緣蓋中間設(shè)有供排氣的出氣孔；高壓外電極與直流電源高壓電極連接，接地外電極與直流電源接地極連接。

所述反應(yīng)腔體的內(nèi)徑可為2～250cm，厚度可為1～100mm，高度可為2～350cm，反應(yīng)腔體可采用陶瓷、剛玉、石英、聚四氟乙烯之一制作。

所述絕緣蓋的厚度可為2～60mm，直徑可為5～250cm，絕緣蓋可采用陶瓷、剛玉、石英、聚四氟乙烯之一制作。

所述外電極的內(nèi)徑可為2～20mm，外徑可為3～40mm，長(zhǎng)度可為5～350cm，材質(zhì)為耐高溫性能良好的銅、銀、鎢等，外電極置于電極移動(dòng)槽內(nèi)在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下左右可移動(dòng)距離為0.1～30cm；外電極內(nèi)部由絕緣套管和高壓內(nèi)電極組成，接地外電極內(nèi)部由絕緣套管和接地內(nèi)電極組成。

所述絕緣套管的內(nèi)徑可為0.5～10mm，外徑可為1～15mm，長(zhǎng)度可為2～250cm，可采用陶瓷、剛玉、石英、聚四氟乙烯之一制作。

所述內(nèi)電極的直徑可為0.2～5mm，長(zhǎng)度可為2～250cm，材質(zhì)為耐高溫性能良好的銅、銀、鎢等；高壓內(nèi)電極位于絕緣套管內(nèi)，與交流電源高壓電極連接，接地內(nèi)電極位于絕緣套管內(nèi)，與交流電源接地電極連接。

所述交流電源可采用高頻高壓交流電源，電壓為1000～30000V，頻率為5～50kHz。

所述直流電源可采用脈沖直流電源，可輸出脈沖電壓200～2500V，能產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體。

當(dāng)給內(nèi)電極加壓，并通氣，兩電極之間電壓達(dá)到一定值后，氣體被擊穿產(chǎn)生輝光放電，生成大量等離子體，便于生物質(zhì)液化反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)一定時(shí)間后，關(guān)掉內(nèi)電極，給外電極加電壓時(shí)，電極發(fā)熱，附近產(chǎn)生大量氣泡。當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，氣體被擊穿而放電。其初電壓較低時(shí)，有火花放電，可看到反應(yīng)混合物中產(chǎn)生少量火花。電壓穩(wěn)定后，會(huì)產(chǎn)生輝光放電，電壓進(jìn)一步加大會(huì)產(chǎn)生弧光放電，電流增大，此時(shí)反應(yīng)劇烈，混合物沸騰，產(chǎn)生黑色濃煙。由于等離子體本生具有高活性物質(zhì)，以及高能量，混合物很快被液化，最終得到黑色液化產(chǎn)物，抽濾后得到固體殘?jiān)鸵簯B(tài)油狀物。

鑒于Rusen Zhou等公開(kāi)的液化放電裝置存在不易放電等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型由內(nèi)外兩跟電極插在生物質(zhì)(如木屑，筍殼等)、液化劑(苯酚、多元醇等)、催化劑(硫酸、氫氧化鈉等)的混合液中，并在內(nèi)電極中通入氣體。首先在內(nèi)電極施加電壓介質(zhì)阻擋放電，產(chǎn)生等離子體。待反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后關(guān)掉內(nèi)電極電源，施加外電極電壓，弧光放電，產(chǎn)生等離子體。由于等離子體產(chǎn)生的電子、活性分子以及等離子體本生具有的高能量實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)的快速液化，提高了液化率，減少了催化劑的量，得到了富含酚化衍生物或羥基等活性集團(tuán)的液化產(chǎn)物。本實(shí)用新型具有安全性高、液化率高，液化時(shí)間短等效果。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，易于在生物質(zhì)液化領(lǐng)域和工業(yè)上普及。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的內(nèi)外電極剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖1和2，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有反應(yīng)腔體1、絕緣蓋2、電極移動(dòng)槽3、出氣孔4、高壓外電極5-1、接地外電極5-2、通氣絕緣套管6-1、封閉絕緣套管6-2、高壓內(nèi)電極7-1、接地內(nèi)電極7-2、攪拌器8、交流電源9、氣瓶10、直流電源11；具體實(shí)施過(guò)程如下：配好溶液，裝入反應(yīng)腔，打開(kāi)氣瓶、攪拌器，通過(guò)交流電源9給高壓內(nèi)電極7-1施加電壓。電壓上升過(guò)程中，混合物產(chǎn)生濃煙，由出氣孔排出。反應(yīng)一段時(shí)間后，關(guān)掉交流電源9。打開(kāi)直流電壓，給外電極5-1加壓，待電流穩(wěn)定到0.2A后停止增加電壓，此時(shí)穩(wěn)定放電，產(chǎn)生濃煙，混合物逐漸變黑，慢慢被液化。反應(yīng)5min后，生物質(zhì)幾乎完全液化。逐漸將電壓調(diào)小，關(guān)掉電源，液化結(jié)束。

所述反應(yīng)腔體的內(nèi)徑為2～250cm，厚度為1～100mm，高度為2～350cm，反應(yīng)腔體采用陶瓷、剛玉、石英、聚四氟乙烯之一制作。

所述絕緣蓋的厚度為2～60mm，直徑為5～250cm，絕緣蓋采用陶瓷、剛玉、石英、聚四氟乙烯之一制作。

所述外電極的內(nèi)徑為2～20mm，外徑為3～40mm，長(zhǎng)度為5～350cm，材質(zhì)為耐高溫性能良好的銅、銀、鎢等，外電極置于電極移動(dòng)槽內(nèi)在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下左右移動(dòng)距離為0.1～30cm；外電極內(nèi)部由絕緣套管和高壓內(nèi)電極組成，接地外電極內(nèi)部由絕緣套管和接地內(nèi)電極組成。

所述絕緣套管的內(nèi)徑為0.5～10mm，外徑為1～15mm，長(zhǎng)度為2～250cm，采用陶瓷、剛玉、石英、聚四氟乙烯之一制作。

所述內(nèi)電極的直徑為0.2～5mm，長(zhǎng)度為2～250cm，材質(zhì)為耐高溫性能良好的銅、銀、鎢等；高壓內(nèi)電極位于絕緣套管內(nèi)，與交流電源高壓電極連接，接地內(nèi)電極位于絕緣套管內(nèi)，與交流電源接地電極連接。

所述交流電源采用高頻高壓交流電源，電壓為1000～30000V，頻率為5～50kHz。

所述直流電源采用脈沖直流電源，可輸出脈沖電壓200～2500V，能產(chǎn)生穩(wěn)定等離子體。