专利名称：用等离子体转化生物有机质的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是转化生物有机质的方法及设备，特别是一种用等离子体转化生物有机质的方法及设备。
人类发展到今天越来越依靠煤炭和石油等能源，可是这些物质都是不可再生的资源，在很短的时间内就会枯竭。大量使用这些资源会极大地污染地球生存环境。为了使人类更好地生存和发展，我们必须寻找一种地球环境中容易接收、容易产生、容易收集、能够再生的资源作为石油煤炭的代替物质。地球上的绿色植物利用太阳能，通过光合作用将二氧化碳、水转化为植物有机质(也称生物有机质)，将巨大的太阳能以化学能的形式贮藏在植物体内。当使用了植物体内的化学能后就会放出二氧化碳和水。新的绿色植物又可利用太阳能通过光合作用再次将二氧化碳和水转化成有机质，将巨大的太阳能以化学能形式贮藏在植物体内。所以地球上大量生长的植物是取之不尽的能源和物质。其中还含有很多化工原料。
燃烧植物有机体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烧掉，所以人们都在寻求将生物有机质转化为能源物质，如可燃性气体(生物气)、可燃性液体(生物油)及可燃性固体(活性炭)的方法和设备，以便充分利用生物有机质内的能源，并和现代生活中使用石油煤炭的方式接轨。也就是说用生物气、生物原油和木炭代替目前世界上大量使用的天然气、石油和煤炭。
目前加拿大滑铁卢大学研究的生物有机质快速热裂解技术是当前世界上最先进最有商业前景的转化方法。
该方法是将一种生物有机质转化器置于加热炉内，温度控制在500℃～850℃，用氮气风送法将生物有机质碎块送入转化器中，在催化剂的作用下，生物有机质转化为生物气(含有H2，甲烷，乙烯，CO等)，生物原油(含甲醇，甲醛，乙酸，苯酚等)及固体产品(即活性炭)。
由于转化器(还带有旋风分离器)置于加热炉内，要求炉膛大，加热量大，热量快速传递到反应物上较困难，所以其装置能耗高，效果较差，成本高，设备结构复杂。由于氮气参加了整个转化过程，使生物气中含不可燃成份多，降低了生物气的可用性。
本发明的目的是提出一种能耗低、转化效率高、成本低、结构简单、操作方便的生物有机质的转化方法和设备。
本发明是这样实现的。它具有生物有机质转化器及物料输送装置，生物气、液收集，分离装置，在转化器的外部设有微波输出器，其输出端与微波发生顺相连。转化器具有上下两个进出口，其上进出口是转化后固体物的排出口，也是产生等离子体的气体如H2、甲烷、O2水蒸气等的输入口，转器下进出口是物料进入口，也是转化后的气体，液气的排出口、下进出口同时接有物料输送装置，排气或抽气装置及收集、分离装置。
转化器可以用耐温的石英管或者陶瓷管制成，外形截面为圆形、或者方形。结构上可以是单层或者是双层结构。
本发明的转化方法(即步骤)为1、将生物有机质破碎成碎屑或碎块。
2、用间歇式进料法或用连续式进料法将物料送到转化器中。
3、用抽气或抽风机将转化器内空气从下部进出口抽出，保持转化器内的负压。
4、从上部进出口引入少量产生等离子体的气体，如H2、甲烷、H2O等。
5、启动微波发生器，从微波输出器上向转化器内输入微波、点燃等离子体。
6、当间歇式送料时，上下移动微波输出器，使等离子火焰扫过物料，将其转化成气体、液体和固体；当连续送料时，将物料连续送入等离子火焰区内，将其转化成气体液体和固体；7、将固体从上部进出口排出，气体、液体从下部进出口排出。产生等离子体的气体也可以直接利用转化器下部进出口排出的混合气。
本发明的工作原理是利用微波输出器发出的微波，在转化器内产生等离子体火焰，利用高温等离子体直接裂解转化生物有机质。所以本发明具有结构简单，操作方便，能耗低、转化效率高，成本低等特点。
下面以附图及实施例对本发明进一步说明。
图1为间断供料的转化装置示意图(转化管可拆卸)。
图2为连续供料的转化装置示意图。
其中1-转化器，2-微波输出器，3-微波发生器，4-收集分离器，5-液体产品，6-气体产品，7-物料，8-下部出口，9-上部进出口，10-喂料装置，11-输送装置，12-抽气装置，13-液体分离器，14-液体产品槽，15-气体产品贮灌，16-固体产品槽，17-叶轮给料机。
从图1和图2中看出本发明的转化设备具有生物有机质转化器[1]、物料输送装置[11]、喂料装置[10]、抽气装置[12]、液气分离器[4]、[13]等，在转化器[1]外面设置有微波输出器[2]，其输入端与微波发生器[3]相连，转化器[1]具有上、下部进出口[8]、[9]，其上进出口[9]接转化后固体物的排出口，也接产生等离子体的气体如H2、甲烷、O2水蒸气等的输入口，下部进出口[8]接有输送装置[11]、喂料装置[10]、抽气装置[12]、液气分离器[13]。
利用图1的装置，转化实施例如下转化实施例1置2．44克松木梢于玻璃转化管中，上连氢气供应系统，下连冷却系统和抽空系统。起动微波发生器，点燃等离子体火焰，由上至下移动微波输出器，使等离子火焰扫过所有松木梢，得液体产品1．44克(产率59．0％)，得固体产品活性炭0．288克(产率11．8％)，其它为气体产品(产率为29％)。
所得气体产品和液体产品的成份由气相色谱仪和气相色谱／红外光谱联用仪，以及气相色谱／质谱联用仪进行了鉴定。所得结果如下其中C2-5产率7．7％、H2、CH4、CO产率21％。气体中烃类气体成份有C2=75％，C3=11．5％，C4=5．1％，C5=5．5％，液体成份为CH2O，CH3OH，CH3CHO，CH3COOH，C4H3OCHO，C6H5OH，C6H5OCOCH3，C6H4(OH)OCH3，C6H4(OH)2，C6H4(OCH3)2，CH3C6H4OH，C6H6，C6H5CH3，C6H5CH2CH3……。
转化实施例2置2．34克松木梢于玻璃转化管中，上连甲烷供应系统，下连冷却系统和抽空系统。起动微波发生器，点燃等离子体火焰，由上至下移动微波输出器，使等离子火焰扫过所有松木梢，得液体产品产率63．2％，得固体产品活性炭产率10．3％，其它为气体产品产率为26．5％(其中C2-5产率5．7％、H2、CH4、CO产率20％)。
液体产品中的化合物组成与实施例1基本相同。
转化实施例3置未干燥松叶2．13克于玻璃转化管中，上连氢气供应系统，下连冷却系统和抽空系统。起动微波发生器，点燃等离子体火焰，由上至下移动微波输出器，使等离子火焰扫过所有松叶，得液体产品产率60％，得固体产品活性炭产率17．5％，其它为气体产品产率为22．5％(其中C2-5产率2．5％、H2、CH4、CO产率19％)。液体产品中的化合物组成与实施例1基本同。
气体中其中烃气体的成份为C2=68．7％，C3=23．5％，C4=6．5％转化实施例4置1．22克经干燥松叶(85℃3小时)于玻璃转化管中，上连氢气供应系统，下连冷却系统和抽空系统。起动微波发生器，点燃等离子体火焰，由上至下移动微波发生器，使等离子火焰扫过所有松叶，得液体产品产率59．4％，得固体产品活性炭产率24．6％，其它为气体产品产率为16％(其中C2-4产率5．5％、H2、CH4、CO产率10．5％)。液体产品中的化合物组成与实施例1基本相同。
气体中其中烃气体的成份为C2=73．3％，C3=21．7％，C4=4．5％转化实施例5置2．2克废纸屑于玻璃转化管中，上连氢气供应系统，下连冷却系统和抽空系统。起动微波发生器，点燃等离子体火焰，由上至下移动微波输出器，使等离子火焰扫所有废纸屑，得液体产品产率62％，得固体产品活性炭产率14％，其它为气体产品产率为24％。
转化实施例6置2克松木梢于玻璃转化管中，上连氢气或者甲烷供应系统和水气供应系统，下连冷却系统和抽空系统。起动微波发生器，点燃等离子体火焰，然后再打开水气供应系统，关闭甲烷或氢气供应系统，由上至下移动微波输出器，使等离子火焰扫过所有松木梢，得液体产品产率23％，得固体产品活性炭产率2％，其它为气体产品产率为75％。
按图2所示装置，物料是用输松装置连续给料，其操作过程如下1、将生物有机质破碎成碎屑或碎块。
2、用物料输送装置将物料送到转化器[1]中。
3、用抽气或抽风装置[12]将转化器[1]内空气从下部进出口[8]抽出，保持转化器[1]内的负压。
4、从上部进出口[9]引入少量产生等离子体的气体，如H2、甲烷、H2O等。
5、启动微波发生器[3]，从微波输出器[2]上向转化器[1]内输入微波、点燃等离子体。
6、将物料连续送入等离子火焰区内，将其转化成气体液体和固体；7、将固体从上部进出口[9]排出，气体、液体从下部出口[8]排出。产生等离子体的气体也可以直接利用转化器[1]下部进出口[8]排出的混合气。
权利要求
1．一种用等离子转化生物有机质的设备，它具有生物有机质转化器[1]及物料输送装置[11]，生物气、液收集、分离装置[4、13]抽气装置[12]，其特征在于转化器[1]的外部设有微波输出器[2]，其输出端与微波发生器[3]相连。转化器[1]具有上下两个进出口[8、9]，其上进出口[9]是转化后固体物的排出口，也是产生等离子全的气体如H2、甲烷、O2、水蒸气等的输入口，转化器[1]下进出口[8]是物料进入口，也是转化后的气体，液气的排出口、下进出口[8]同时接有物料输送装置[11]，排气或抽风装置[12]及收集、分离装置[4][13]。
2．一种用等离子转化生物有机质的方法，其特征是转化步骤为1)、将生物有机质破碎成碎屑或碎块。2)、用间歇式进料法或用连续式进料法将物料送到转化器[1]中。3)、用抽气或抽风装置将转化器[1]内空气从下部进出口[8]抽出，保持转化器[1]内的负压。4)、从上部进出口[9]引入少量产生等离子体的气体，如H2、甲烷、H2O等。5)、启动微波发生器[3]，从微波输出器[2]上向转化器[1]内输入微波、点燃等离子体。6)、当间歇式送料时，上下移动微波输出器，使等离子火焰扫过物料，将其转化成气体、液体和固体；当连续送料时，将物料连续送入等离子火焰区内，将转化成气体、液体和固体；7)、将固体从上部进出口[9]排出，气体、液体从下部出口[8]排出。产生等离子体的气体可以直接利用转化器[1]下部进出口排出的混合气。
3．根据权利要求1所述的转化生物有机质的设备，其特征在于转化器1可以用耐高温的石英管或者陶瓷管材料制成。
4．根据权利要求2所述的转化生物有机质的方法，其特征在于产生等离子的引入气体也可以直接利用转化器[1]下部进出口[8]排出的混合气。
5．根据权利要求1或3所述的转化生物有机质的设备，其特征在于转化器[1]外形截面为圆形或者是方形，结构上可以是单层或者是双层。
全文摘要
本发明提出一种用等离子转化生物有机质为可燃性气体、液体、固体的方法。它是将生物有机质碎块送入转化器中,用等离子体转化成气体、液体、固体,转化器具有上下两个进出口,上进出口是产生等离子体的气体如氢气、甲烷、水蒸气、氧气等的进入口,也是固体排出口。下部进出口接送料装置、抽气装置、油气收集分离装置,转化器的外部安装有微波输出器,以便输入微波。本发明的转化方法及设备具有结构简单,操作容易,转化效率高,成本低等优点。
文档编号C10B57/00GK1204679SQ9811361
公开日1999年1月13日 申请日期1998年6月30日 优先权日1998年6月30日
发明者丁齐柱, 丁焰, 焦长江, 郑建南 申请人:丁焰, 丁齐柱