一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及垃圾填埋气利用领域，具体涉及一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法。
【背景技术】
[0002]随着城市生活垃圾数量的增加，其管理和控制已经成为环保领域的突出问题，卫生填埋由于技术工艺相对简单，维护费用低已经成为国内外广泛采用的垃圾处理处置技术，未来30-50年内垃圾卫生填埋仍将占据主导地位。垃圾填埋气是填埋处理生活垃圾必然伴生的产物，它是由于生活垃圾中含有大量的有机物，而这些有机物大多可被微生物厌氧消化、降解而产生大量的垃圾填埋气，其主要成分甲烷(45% -50% )、二氧化碳(40% -60% )以及其它一些微量组分如有毒的有机挥发性气体等。
[0003]垃圾填埋气若不采取适当的收集和处理系统，会在填埋场内累积并向场外释放，对周围环境和填埋场工作人员的安全造成危害，危害主要包括以下几个方面:(1)爆炸事故和火灾；(2)地下水污染；(3)加剧全球变暖；(4)填埋气的恶臭气味易引起人的不适。垃圾填埋气经过净化除去有害的挥发性污染物后，其主要成分之一甲烷又是一种清洁能源。一般垃圾填埋气的甲烷含量为45 % -50 %，纯甲烷的低位热值为38940kJ/m3，填埋气的热值一般为7450-22350kJ/m3。因此，世界各国鼓励对垃圾填埋气洁净处理并收集利用，如发电等使其资源化。目前，制约垃圾填埋气发电发展的主要因素是:垃圾填埋气中含有大量的阻燃性二氧化碳，燃烧热值较低，并且容易造成发动机后燃现象，导致燃烧温度过高，造成NOx排放量高。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提出一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法。
[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:
[0006]提供一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法，I)将待处理的垃圾填埋气通过进气口引入等离子体装置内；2)启动连接刀形不锈钢电极的高压电源；3)刀形不锈钢电极在高压电的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电，垃圾填埋气驱动击穿放电快速沿着电极表面向下游移动形成非热电弧等离子体，使垃圾填埋气转变成含有大量的活性物种(带电粒子、激发态物种、自由基、电子以及光子)的活性气体，活性气体透过锥形不锈钢网，驱动不锈钢网内的镍颗粒催化剂流化，形成等离子体流化床，活性气体通过扩散、吸附、迀移和轰击作用活化催化剂，在等离子体和催化剂的催化作用下迅速发生各种等离子体和催化耦合化学反应，诱导垃圾填埋气中甲烷和二氧化碳重整生成富含氢气和一氧化碳的合成气，同时将垃圾填埋气中有机挥发性气体降解去除，富含氢气和一氧化碳的合成气从出气口排出。
[0007]所述的等离子体装置，包括等离子体流化床和高压电源；等离子体流化床由进气口、石英容器、四氟乙烯底座、刀形不锈钢电极、锥形不锈钢网、镍颗粒催化剂、石英罩和排气口组成；石英容器和石英罩相连并构成空腔，四氟乙烯底座置于石英容器的底部，至少2个刀形不锈钢电极对称固定在四氟乙烯底座上，并通过高压线与高压电源相连，进气口置于四氟乙烯底座中心处；锥形不锈钢网置于石英容器顶部中心轴线处，并固定在电极的正上方，镍颗粒催化剂置于锥形不锈钢网内。
[0008]本发明的垃圾填埋气方法，集等离子体和催化为一体，能有效的降解去除垃圾填埋气中的有机挥发性气体，同时将垃圾填埋气中甲烷和二氧化碳重整转化为富含氢气和一氧化碳的合成气，可直接用于燃烧发电。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的结构示意图。
[0010]图1中:A正视图，B剖面图，I等离子体流化床，2高压电源，3进气口，4石英容器，5四氟乙烯底座，6刀形不锈钢电极，7等离子体，8锥形不锈钢网，9镍颗粒催化剂，10石英罩，11排气口。
【具体实施方式】
[0011]如附图1所示，本发明的等离子体装置，包括等离子体流化床I和高压电源2 ;等离子体流化床I由进气口 3、石英容器4、四氟乙烯底座5、刀形不锈钢电极6、锥形不锈钢网8、镍颗粒催化剂9、石英罩10和排气口 11组成；石英容器4和石英罩10相连并构成空腔，四氟乙烯底座5置于石英容器4的底部，至少2个刀形不锈钢电极6对称固定在四氟乙烯底座5上，并通过高压线与高压电源3相连，进气口 3置于四氟乙烯底座5中心处；锥形不锈钢网8置于石英容器4顶部中心轴线处，并固定在电极6的正上方，镍颗粒催化剂9置于锥形不锈钢网8内。
[0012]本实施例中选用甲烷和二氧化碳的混合气作为模拟垃圾填埋气，I)将1.5m3/h甲烷和二氧化碳混合气通过进气口引入等离子体装置内；2)启动连接刀形不锈钢电极(长100mm，厚3mm)的高压电源，调节输出电压到15kV ；3)刀形不锈钢电极在15kV高压电的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电，混合气驱动击穿放电快速沿着电极表面向下游移动形成非热电弧等离子体，使混合气转变成含有大量的活性物种(带电粒子、激发态物种、自由基、电子以及光子)的活性气体，活性气体透过锥形不锈钢网，驱动不锈钢网内的镍颗粒催化剂(Φ2.5mm)流化，形成等离子体流化床，活性气体通过扩散、吸附、迀移和轰击作用活化催化剂，在等离子体和催化剂的催化作用下迅速发生各种等离子体和催化耦合化学反应，诱导垃圾填埋气中甲烷和二氧化碳重整生成合成气；当甲烷:二氧化碳为1: 2时，氢气/ 一氧化碳为0.44 ;当甲烷:二氧化碳=I: I时，氢气/ 一氧化碳为0.83 ;当甲烷:二氧化碳=2: I时，氢气/ 一氧化碳为1.8，氢气/ 一氧化碳有了显著上升。
【主权项】
1.一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法，其特征在于该方法的步骤如下:将待处理的垃圾填埋气通过进气口引入等离子体装置内；启动连接刀形不锈钢电极的高压电源；刀形不锈钢电极在高压电的作用下在电极之间最小距离处形成击穿放电，垃圾填埋气驱动击穿放电快速沿着电极表面向下游移动形成非热电弧等离子体，使垃圾填埋气转变成含有大量的活性物种(带电粒子、激发态物种、自由基、电子以及光子)的活性气体，活性气体透过锥形不锈钢网，驱动不锈钢网内的镍颗粒催化剂流化，形成等离子体流化床，活性气体通过扩散、吸附、迀移和轰击作用活化催化剂，在等离子体和催化剂的催化作用下迅速发生各种等离子体和催化耦合化学反应，诱导垃圾填埋气中甲烷和二氧化碳重整生成富含氢气和一氧化碳的合成气，同时将垃圾填埋气中有机挥发性气体降解去除，富含氢气和一氧化碳的合成气从出气口排出。
2.根据权利要求1所述的一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法，其特征在于所述的等离子体装置，包括等离子体流化床和高压电源；等离子体流化床由进气口、石英容器、四氟乙烯底座、刀形不锈钢电极、锥形不锈钢网、镍颗粒催化剂、石英罩和排气口组成；石英容器和石英罩相连并构成空腔，四氟乙烯底座置于石英容器的底部，至少2个刀形不锈钢电极对称固定在四氟乙烯底座上，并通过高压线与高压电源相连，进气口置于四氟乙烯底座中心处；锥形不锈钢网置于石英容器顶部中心轴线处，并固定在电极的正上方，镍颗粒催化剂置于锥形不锈钢网内。
【专利摘要】本发明涉及一种等离子体流化床重整垃圾填埋气制合成气方法，将待处理的垃圾填埋气引入包括等离子体流化床和高压电源的等离子体装置内；启动高压电源；垃圾填埋气驱动刀形不锈钢电极间的击穿放电快速沿着电极表面向下游移动形成非热电弧等离子体，使垃圾填埋气转变成含有大量的活性物种的活性气体，活性气体驱动不锈钢网内的镍颗粒催化剂流化，形成等离子体流化床，活性气体通过扩散、吸附、迁移和轰击作用活化催化剂，在等离子体和催化剂的催化作用下迅速发生各种等离子体和催化耦合化学反应，诱导垃圾填埋气中甲烷和二氧化碳重整生成富含氢气和一氧化碳的合成气，同时将垃圾填埋气中有机挥发性气体去除。
【IPC分类】C01B3-34
【公开号】CN104528643
【申请号】CN201410844203
【发明人】杜长明
【申请人】中山大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月23日