专利名称：大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法
技术领域：
本发明涉及一种在液固介质阻挡(DBD)等离子体的作用下，在大气常压的条件下实现了煤的加氢液化的方法，属于煤直接液化方法的的技术领域。
背景技术：
传统煤直接液化方法是在高温高压条件下完成煤的加氢液化反应，反应条件苛刻，成本高昂。等离子体是由电子、离子、原子、分子、自由基团等组成的高能态，等离子体独特的化学活性和高反应性使得许多传统方法不易或不可能实现的化学反应变为可能，目前国内外已经产生了许多等离子体煤处理技术的研究成果印度中央燃料所的Chakravartty，德国的Baumann，还有我国的谢克昌博士等人都进行过电弧等离子体煤热解方面的研究，电弧等离子体煤热解就是将煤物料加入由电弧放电产生的气态(通常为氩气、氢气和氩气的混合)热等离子体中，在电弧等离子体的高能量和高化学活性的作用下产生热解产物的过程，各种电弧等离子体的试验表明，煤在等离子体中热解的主要产物为气相产物(CH4/C2H2/C2H4/H2/CO和CO2等)、焦(析出挥发份以后的残留物)和烟炱(乙炔在高温下分解的积碳)；俄罗斯科学院和能源工程研究所的R.A.Kalinenko和A.P.Kuznetsov等使用一台组合型电弧反应器作了关于三种褐煤的水蒸气热解等离子气化的实验研究，并获得煤的气化率为90.5％-95％，气体产物中合成气占84.7％-85.7％；日本的chiba技术研究所的camei等利用微波等离子体方法实现了煤的液化，其液态产品的组成主要是C13～C34的脂肪烃，H/C比在1.5到1.6之间，煤中碳大部分转化为气态产物CO2。等离子体煤处理技术作为一种新型煤转化方法，其反应条件温和、过程可控、成本低廉，是一条非常具有发展潜力的煤转化处理方法。
发明内容
技术问题由于等离子体在煤化工领域表现出独特的化学活性和高反应性，本发明的目的是提供一种大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法，在大气常压条件下，实现煤直接液化。
技术方案本发明的大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法为在大气常压下采用石英类介质阻挡放电的形式产生等离子体，作用于煤颗粒和供氢溶剂液固混合体，组成液固介质阻挡等离子体反应体系，在高频高压电场作用下，煤颗粒表面产生等离子体薄层，使煤固体表面产生活性煤自由基碎片和供氢溶剂产生氢离子、活性氢原子，进而反应生成煤液化产物。
所述反应生成煤液化产物的反应温度控制在150℃～180℃。
所述的高频高压电场为峰值电压3000～20000伏特，脉冲电源频率500～30000赫兹。
所述的供氢溶剂为四氢萘，四氢萘与煤的质量比为4∶1～8∶1。
煤颗粒的粒径选择在0.05mm～0.1mm。
介质阻挡等离子体反应器的材料选用石英类，石英介质在高频高压电的作用下形成介质阻挡放，介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种等离子体放电。介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间里，当在放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体被击穿而形成所谓的介质阻挡放电。这种放电属于高气压下的非热平衡放电。介质阻挡等离子体反应器采用线管式结构，其优点在于电极线附近可以形成很强的局部电场；形成的非均匀电场内强而外弱，有效避免了气体击穿的现象；能够在整个反应器内放电，等离子体遍布整个反应器。供氢溶剂与煤按一定的比例混合形成液固相反应态。介质阻挡等离子体反应器加入高频高压电场，在该高频高压电场的作用下煤颗粒的表面会形成液固相态中等离子体放电，煤颗粒表面形成等离子体薄层，使整个体系处于液固介质阻挡(DBD)等离子体作用的氛围下。供氢溶剂在该介质阻挡等离子体作用下，脱氢产生活性氢离子，这些活性的氢离子与煤分解的自由基碎片结合，生成了煤的加氢液化产物。其过程反应为
有益效果1.大气常压液固介质阻挡(DBD)等离子体煤直接液化方法，本发明是在介质阻挡放电的条件下，产生高能态离子，在常压液固体系中与煤进行的加氢液化反应，其条件温和，能耗较低，易于控制。
2.大气常压液固介质阻挡等离子体煤直接液化方法是用介质阻挡放电的形式产生非平衡等离子体，介质阻挡放电是有绝缘介质插入放电空间的一种等离子体放电。介质可以覆盖在电极上或者悬挂在放电空间里，当在放电电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体被击穿而形成所谓的介质阻挡放电。这种放电属于高气压下的非热平衡放电。
3.大气常压液固介质阻挡等离子体煤直接液化方法是用高活性的等离子体态与煤表面脱除的自由基碎片发生复杂的化学反应，由于发生反应的机理与传统的煤直接液化机理不同，大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化方法的煤直接液化方法突破传统煤液化对煤种的选择严格性，可以放大煤选的范围。
4.大气常压液固介质阻挡等离子体煤直接液化方法，本发明的供氢溶剂选择四氢萘，四氢萘在煤液化反应中起到供氢和递氢的作用，四氢萘在等离子体的作用下脱氢成为萘，萘可以通过加氢重复利用，使反应系统具有可循环性。
5.大气常压液固介质阻挡等离子体煤直接液化方法，本发明的液固反应体系中煤颗粒的粒径选用直径为0.1mm～0.05mm，煤颗粒的直径越小，比表面积越大，与供氢溶剂的接触面积就越大，反应进行的就越剧烈。
具体实施例方式
大气常压液固介质阻挡(DBD)等离子体煤直接液化方法，本发明选用介质阻挡(DBD)等离子体反应器的材料为石英类材料，由于石英玻璃的介电常数很高，膨胀系数低、耐高温、化学稳定性、电绝缘性都比较好，是良好的电介质，对反应器内电场有稳定以及增强的作用。反应器采用线管式结构，反应生成煤液化产物的反应温度控制在150℃～180℃。电极线附近可以形成很强的局部电场；形成的非均匀电场内强而外弱，有效避免了气体击穿的现象；能够在整个反应器内放电，等离子体遍布整个反应器内。石英介质在高频高压电的作用下形成介质阻挡放电，反应器所加的是高频高压电源，该高频高压电场为峰值电压3000～20000伏特，脉冲电源频率500～30000赫兹。供氢溶剂采用四氢萘，在液固介质阻挡(DBD)等离子体的作用下，供氢溶剂脱氢产生活性氢离子，四氢萘与煤的质量比为4∶1～8∶1。煤颗粒的粒径选择在0.05mm～0.1mm，固体煤颗粒在这种活跃的放电场中也积极响应，煤粒固体表面形成等离子体薄层，一方面，煤颗粒与高能电子碰撞，获得大量的能量，温度升高；另一方面，煤粒本身所携带的电子也在强电场作用下快速迁移，当电子浓度较大时，煤粒中的电子碰撞电离产生雪崩击穿，结果是大量的煤自由基碎片与氢离子结合形成煤的液化产物。液化产物包括中油类，沥青烯和前沥青烯类，经过精馏分离，其中沸点在213℃～216℃类的物质，完全溶于正己烷，为中油类；剩余部分为沥青烯和前沥青烯类。
权利要求
1.一种大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法，其特征在于该方法在大气常压下采用石英类介质阻挡放电的形式产生等离子体，作用于煤颗粒和供氢溶剂液固混合体，组成液固介质阻挡等离子体反应体系，在高频高压电场作用下，煤颗粒表面产生等离子体薄层，使煤固体表面产生活性煤自由基碎片和供氢溶剂产生氢离子、活性氢原子，进而反应生成煤液化产物。
2.根据权利要求1所述的大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法，其特征在于所述反应生成煤液化产物的反应温度控制在150℃～180℃。
3.根据权利要求1所述的大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法，其特征在于所述的高频高压电场为峰值电压3000～20000伏特，脉冲电源频率500～30000赫兹。
4.根据权利要求1所述的大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法，其特征在于供氢溶剂为四氢萘，四氢萘与煤的质量比为4∶1～8∶1。
5.根据权利要求1所述的大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法，其特征在于煤颗粒的粒径选择在0.05mm～0.1mm。
全文摘要
大气常压液固介质阻挡等离子体煤液化的方法是一种在大气常压的条件下实现了煤的加氢液化的方法，该等离子体的产生采用介质阻挡放电的形式，在石英类介质阻挡等离子体反应器内加入煤颗粒和供氢溶剂的液固混合体，组成液固反应相的介质阻挡放电反应体系。整个反应系统输入高压高频电场，该高频高压电场为峰值电压3000～20000伏特，脉冲电源频率500～30000赫兹。在大气常压状态下，由于高压高频电场的作用，煤粒固体表面形成等离子体薄层，供氢溶剂在液固反应体系中脱氢，产生活性氢离子。等离子体薄层电子碰撞煤粒固体表面形成煤的自由基碎片，与氢离子结合形成煤的液化产物，煤的液化产物包括中油类，沥青烯和前沥青烯类。
文档编号C10G1/06GK101074386SQ200710024648
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月26日 优先权日2007年6月26日
发明者顾璠, 王东方, 王秋颖 申请人:东南大学