一种等离子体热解生活垃圾制合成气装置的制造方法

一种等离子体热解生活垃圾制合成气装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生活垃圾处理技术，特别是一种等离子体热解生活垃圾制合成气装 置。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程的迅速加快，城市生产与生活过程中产生的垃圾废物也随之迅速 增加，生活垃圾如处理处置不当，能通过不同途径污染环境和危害人体健康：侵占土地、污 染土壤、污染水体、污染大气、影响公共环境卫生。城市生活垃圾的大量增加，使垃圾处理压 力越来越大，生活垃圾处理技术选择的往往成为一个城市生活垃圾处理的难题。

【发明内容】

[0003] 为解决上述问题，本发明提出一种等离子体热解生活垃圾制合成气装置。与传统 热解和气化相比，等离子体热解生活垃圾具有许多独特的优势，如升温速率快，能量密度 大，可在无氧纯热解的情况下将垃圾分解为高品质合成气。
[0004] 本发明为达到以上目的，是通过以下的技术方案来实现的：提供一种等离子体热 解生活垃圾制合成气装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源；等 离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石 墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、进气通道、出气通道；尖端石墨 电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接，尖端石墨电极和平底石墨电极同轴 置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合 固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电 极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连 接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平 底石墨电极之间，用于装载生活垃圾，在装置工作时，陶瓷坩埚内的生物质将完全暴露在非 热电弧等离子体区域中。
[0005] 本发明所述的等离子体热解生活垃圾制合成气装置的工作原理是：将生活垃圾 破碎后装入等离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入氮气或氩气载气，启动与尖 端石墨电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将 电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的生活垃圾，在高 能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成 气，富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的生活垃圾被处理完 全，断开电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣。
[0006] 尖端石墨电极和平底石墨电极间隔要合理选择，过大的电极间隔会导致电压不足 以击穿电极间的载气，从而无法形成非热电弧等离子体。另外，由于施加在两极上的电压很 高，因此反应器在工作时，要特别注意不要碰触电极，以免触电危险。此外，放入陶瓷坩埚内 的生活垃圾材料不应压实，要保持良好的气体通路，否则电极无法直接与载气接触，通电时 无法形成非热电弧等离子体。还需要注意的是，反应器停止工作后不要立刻拆卸反应器、拿 取陶瓷坩埚，因为反应器工作时放出大量的热，刚停止工作时，石墨电极、石英容器、陶瓷坩 埚等部分温度很高，直接碰触易造成烫伤。
[0007] 本发明可以根据实际要求完成生活垃圾制合成气过程，简单、低成本、高效的生产 高品质富氢合成气。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明的结构示意图。
[0009] 图1中：1等离子体反应器，2高压电源，3石英容器，4上聚四氟乙烯法兰，5下聚 四氟乙烯法兰，6不锈钢支架，7尖端石墨电极，8平底石墨电极，9上铜密封圈，10下铜密封 圈，11陶瓷坩埚，12非热电弧等离子体，13生活垃圾，14进气通道，15出气通道。
【具体实施方式】
[0010] 实施例
[0011] 如附图1所示，本发明包括等离子体反应器1及给等离子体反应器供电的高压电 源2 ;等离子体反应器包括石英容器3、上聚四氟乙烯法兰4、下聚四氟乙烯法兰5、不锈钢支 架6、尖端石墨电极7、平底石墨电极8、上铜密封圈9、下铜密封圈10、陶瓷坩埚11、非热电 弧等离子体12、生活垃圾13、进气通道14、出气通道15 ;尖端石墨电极（巾15_)和平底石 墨电极（巾15_)通过高压电线与高压电源（10kV/200mA)相连接，尖端石墨电极和平底石 墨电极同轴置于石英容器（采用石英玻璃管，长400_，内径31_)内，电极间隔固定保持在 13mm，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石 墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在 下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定；进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与 下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口孔径9_的陶瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨 电极之间。
[0012] 选取废弃玉米芯作为生活垃圾代表物，将玉米芯木材破碎成2-5mm颗粒后装入等 离子体反应器的陶瓷坩埚中，通过进气通道通入2. 5-7. 5L/min氮气载气，启动与尖端石墨 电极和平底石墨电极相连的高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之 间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的玉米芯颗粒，在高能电 子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气， 富氢合成气由出气通道排出；经数分钟的操作之后，陶瓷坩埚内的玉米芯被处理完全，断开 电源，停止通入载气，待等离子体反应器冷却后取出陶瓷坩埚，收集固体碳渣。实验中，玉米 芯为〇. 2g，由于玉米芯中氮和硫含量极少，产气中几乎未检测到氮氧化物和硫氧化物的含 量，因而不考虑N和S的转化。根据玉米芯进量，为保证所有物料参与反应，实验过程中物 料的停留时间为6min。实验结果如表1。
[0013] 表1不同输入等离子体功率玉米芯热解实验结果
[0014]
【主权项】
1. 一种等离子体热解生活垃圾制合成气装置，其特征是包括：等离子体反应器及给等 离子体反应器供电的高压电源；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四 氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩 埚、进气通道、出气通道；尖端石墨电极和平底石墨电极通过高压电线与高压电源相连接， 尖端石墨电极和平底石墨电极同轴置于石英容器内，石英容器通过上聚四氟乙烯法兰、下 聚四氟乙烯法兰和不锈钢支架联合固定，平底石墨电极分别通过固定在上聚四氟乙烯法兰 上的上铜密封圈固定，尖端石墨电极通过固定在下聚四氟乙烯法兰上的下铜密封圈固定； 进气通道与上聚四氟乙烯法兰连接，出气通道与下聚四氟乙烯法兰相连接；底部开口的陶 瓷坩埚放置在尖端石墨电极和平底石墨电极之间，用于装载生活垃圾，在装置工作时，陶瓷 坩埚内的生活垃圾将完全暴露在非热电弧等离子体区域中。
【专利摘要】本发明公开了一种等离子体热解生活垃圾制合成气装置，包括等离子体反应器及给等离子体反应器供电的高压电源；等离子体反应器包括石英容器、上聚四氟乙烯法兰、下聚四氟乙烯法兰、不锈钢支架、尖端石墨电极、平底石墨电极、上铜密封圈、下铜密封圈、陶瓷坩埚、进气通道、出气通道；将生活垃圾破碎后装入等离子体反应器中，通过进气通道通入载气，启动高压电源，等离子体反应器开始工作；施加的高电压将电极之间的载气击穿电离，形成非热电弧等离子体，处于等离子体区域中的生活垃圾，在高能电子、自由基等活性物质以及电场的作用下，会发生热解反应，生成固体碳渣和富氢合成气，富氢合成气由出气通道排出。
【IPC分类】C10B57-00, C10B53-00, C10B53-02
【公开号】CN104610987
【申请号】CN201410785257
【发明人】杜长明
【申请人】中山大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月12日