本發(fā)明屬于低溫等離子體的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，隨全世界各行各業(yè)對能源需求日益增加，并加之化石能源的日益減少，及燃燒時產(chǎn)生嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染，迫切促使人們探索并開發(fā)一種清潔的新能源。而從廣泛存在于自然界的生物質(zhì)中提煉的生物質(zhì)油作為一種可再生能源因具有氮、硫含量低以及二氧化碳零排放的優(yōu)點受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)階段生物油精制提質(zhì)主要有催化加氫、催化裂解、催化酯化和乳化等方法。與其他提質(zhì)方法相比，催化加氫可顯著降低生物油的含量，增大生物油的H/C比，提高熱值，因此得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注及研究。但傳統(tǒng)的催化加氫主要利用高壓反應(yīng)釜進行提質(zhì)，其投入成本過高，催化劑易失活，反應(yīng)時間過長，因此從長遠角度考慮，急需一種理想的加氫技術(shù)方法來替代傳統(tǒng)方法進行精制生物油。

研究表明，低溫等離子體因體系中含有高能電子、激發(fā)態(tài)原子、正負(fù)離子、自由基等具有高化學(xué)反應(yīng)活性的粒子，可引發(fā)常溫常壓下很難進行的化學(xué)反應(yīng)，因而在污染物處理、材料制備及表面改性等方面應(yīng)用廣泛。由于大部分化學(xué)反應(yīng)是在液相中進行的，因此研究者在傳統(tǒng)氣體放電低溫等離子體的基礎(chǔ)上，引入液體介質(zhì)，及催化劑固體介質(zhì)，在氣-液-固接觸界面引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，從而形成氣體-液體-固體三相放電低溫等離子體這一新型的化工處理技術(shù)。

因此，基于氣體-液體-固體三相放電低溫等離子體的技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)明了一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，此裝置在應(yīng)用中體現(xiàn)出能耗低、工藝設(shè)備簡單，反應(yīng)速率快、處理效率高、易于實現(xiàn)工業(yè)化等技術(shù)優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服目前已有加氫技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低和易于工業(yè)化等顯著優(yōu)勢。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，包括等離子體發(fā)生器和供氣單元，所述等離子體發(fā)生器和供氣單元相連接；

所述等離子體發(fā)生器包括固定支架和反應(yīng)部分；

所述固定支架包括下層固定板、上層固定板和聚四氟乙烯螺栓，所述聚四氟乙烯螺栓的數(shù)量至少為2個；所述下層固定板、上層固定板通過聚四氟乙烯螺栓連接；

所述反應(yīng)部分包括第一密封定位板、第一螺母；高壓電極、第一橡膠塞、放電區(qū)域、液相生物油、反應(yīng)容器、固定支架、T字形試管、排氣管、第二橡膠塞、催化劑、第三橡膠塞、第二密封定位板、低壓電極/進氣管、底座、高壓電源和第二螺母；

所述反應(yīng)容器呈十字形且為空心結(jié)構(gòu)且下端封閉，反應(yīng)容器設(shè)于所述下層固定板、上層固定板之間，反應(yīng)容器下端通過底座固設(shè)于所述下層固定板上；

所述反應(yīng)容器其中一個臂的端口通過第一橡膠塞密封，第一橡膠塞通過第一密封定位板固定，第一密封定位板下端嵌入所述下層固定板；反應(yīng)容器另一個臂的端口通過第三橡膠塞密封，第三橡膠塞通過第二密封定位板固定，第二密封定位板下端嵌入所述下層固定板；反應(yīng)容器上端出口設(shè)有第二橡膠塞，第二橡膠塞上開有兩個通孔；

所述液相生物油置于所述反應(yīng)容器內(nèi)，且液相生物油液面高于反應(yīng)容器的兩個臂的最高處；

所述高壓電極為實心金屬棒，高壓電極的一端水平穿過第一橡膠塞進入反應(yīng)容器，高壓電極的另一端連接高壓電源正極；所述低壓電極/進氣管為金屬管，低壓電極/進氣管的一端水平穿過第三橡膠塞進入反應(yīng)容器，低壓電極/進氣管的另一端接地；在所述反應(yīng)容器內(nèi)，所述低壓電極/進氣管與高壓電極之間形成放電區(qū)域；

所述第一螺母通過螺紋與所述高壓電極連接高壓電源正極的一端連接；所述第二螺母通過螺紋與所述低壓電極/進氣管接地的一端連接；

所述排氣管下端自上而下依次穿過所述上層固定板和所述第二橡膠塞上的其中一個通孔進入所述反應(yīng)容器內(nèi)，且排氣管下端位于所述液相生物油液面上方；所述T字形試管上端自下而上依次穿過所述第二橡膠塞上的另一個通孔和所述上層固定板，T字形試管下端水平部分進入反應(yīng)容器內(nèi)；T字形試管下端水平部分的一端與所述高壓電極進入反應(yīng)容器的一端相對，T字形試管下端水平部分的另一端與所述低壓電極/進氣管進入反應(yīng)容器的一端相對，T字形試管下端水平部分的兩端打有微孔；T字形試管內(nèi)填裝有催化劑；

所述的供氣單元包括氣瓶、減壓閥和流量計，所述氣瓶、減壓閥和流量計依次通過管道連接；所述流量計的出口端與所述低壓電極/進氣管接地的一端通過管道連接。

進一步，所述高壓電極為實心不銹鋼棒，所述低壓電極/進氣管為不銹鋼管。

進一步，所述反應(yīng)容器、排氣管、T字形試管的材質(zhì)均為石英，厚度均為2～4mm。

進一步，所述高壓電源的工作電壓為0～50kV，頻率為8～20kHz。

進一步，所述的減壓閥控制進氣壓力在0～0.05Mpa，所述的進氣流量為0～100mL/min。

進一步，所述催化劑為Pd/ZrO₂、NiMo/Al₂O₃、Ni/CNTS的任意一種。

進一步，所述液相生物油為木屑油、稻殼油和秸稈油中的一種。

進一步，所述氣瓶內(nèi)的氣體為體積比為2:3的氫氦混合氣。

所述的供氣單元包括氣瓶、減壓閥和流量計，且氣瓶、減壓閥和流量計依次連接；所述流量計的出口端與所述低壓電極/進氣管接地的一端通過管道連接，所述的供氣單元控制減壓閥將氣體通過流量計和進氣管，進入反應(yīng)容器中。

當(dāng)工作時，供氣單元控制減壓閥將氣體通過流量計和進氣管，進入反應(yīng)容器中，容器的底部為液相生物油，并基于電弧放電的原理，在高壓端與低壓端區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生低溫等離子體。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)相比于傳統(tǒng)的加氫裝置，本發(fā)明所采用的裝置能耗低、反應(yīng)速率快、成本較低。

(2)本發(fā)明采用的氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，既易于氣相放電的產(chǎn)生，又增加了放電產(chǎn)物與液體的接觸面，同時放電產(chǎn)生的物化效應(yīng)和各種活性粒子能夠快速的作用于液體，增強加氫脫氧的效果。

(3)本發(fā)明采用的氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，可以優(yōu)化能量注入?yún)?shù)(電壓、頻率、波形)、電極參數(shù)(幾何形狀及尺寸、材料、表面性質(zhì))、催化劑種類、電極間距等對加氫脫氧精制生物油的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油裝置的簡易示意圖；

圖2為本發(fā)明中等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中供氣單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：100、等離子體發(fā)生器；101、第一密封定位板；102、第一螺母；103、高壓電極；104、聚四氟乙烯螺栓；105、第一橡膠塞；106、放電區(qū)域；107、液相生物油；108、反應(yīng)容器；109、固定支架；110、T字形試管；111、排氣管；112、第二橡膠塞；113、催化劑；114、第三橡膠塞；115、第二密封定位板；116、低壓電極/進氣管；117、底座；118、下層固定板；119、高壓電源；120、第二螺母；121、上層固定板；200、供氣單元；201、氣瓶；202、減壓閥；203、流量計。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述：

如圖1～4所示一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，包括等離子體發(fā)生器100和供氣單元200，所述等離子體發(fā)生器100和供氣單元200相連接；

所述等離子體發(fā)生器100包括固定支架109和反應(yīng)部分；

固定支架109的作用主要是將整個反應(yīng)容器108固定并保持穩(wěn)定。所述固定支架109包括下層固定板118、上層固定板121和聚四氟乙烯螺栓104，所述聚四氟乙烯螺栓104的數(shù)量至少為2個；所述下層固定板118、上層固定板121通過聚四氟乙烯螺栓104連接；

所述反應(yīng)部分包括第一密封定位板101、第一螺母102；高壓電極103、第一橡膠塞105、放電區(qū)域106、液相生物油107、反應(yīng)容器108、固定支架109、T字形試管110、排氣管111、第二橡膠塞112、催化劑113、第三橡膠塞114、第二密封定位板115、低壓電極/進氣管116、底座117、高壓電源119和第二螺母120；

所述反應(yīng)容器108呈十字形且為空心結(jié)構(gòu)且下端封閉，反應(yīng)容器108設(shè)于所述下層固定板118、上層固定板121之間，反應(yīng)容器108下端通過底座117固設(shè)于所述下層固定板118上；

所述反應(yīng)容器108其中一個臂的端口通過第一橡膠塞105密封，第一橡膠塞105通過第一密封定位板101固定，第一密封定位板101下端嵌入所述下層固定板118；反應(yīng)容器108另一個臂的端口通過第三橡膠塞114密封，第三橡膠塞114通過第二密封定位板115固定，第二密封定位板115下端嵌入所述下層固定板118；反應(yīng)容器108上端出口設(shè)有第二橡膠塞112，第二橡膠塞112上開有兩個通孔；

所述液相生物油107置于所述反應(yīng)容器108內(nèi)，且液相生物油107液面高于反應(yīng)容器108的兩個臂的最高處；

所述高壓電極103為實心金屬棒，高壓電極103的一端水平穿過第一橡膠塞105進入反應(yīng)容器108，高壓電極103的另一端連接高壓電源119正極；所述低壓電極/進氣管116為金屬管，低壓電極/進氣管116的一端水平穿過第三橡膠塞114進入反應(yīng)容器108，低壓電極/進氣管116的另一端接地；在所述反應(yīng)容器108內(nèi)，所述低壓電極/進氣管116與高壓電極103之間形成放電區(qū)域106；

所述第一螺母102通過螺紋與所述高壓電極103連接高壓電源119正極的一端連接，第一螺母102用于固定高壓電極103；所述第二螺母120通過螺紋與所述低壓電極/進氣管116接地的一端連接，第二螺母120用于固定低壓電極/進氣管116；

所述排氣管111下端自上而下依次穿過所述上層固定板121和所述第二橡膠塞112上的其中一個通孔進入所述反應(yīng)容器108內(nèi)，且排氣管111下端位于所述液相生物油107液面上方；所述T字形試管110上端自下而上依次穿過所述第二橡膠塞112上的另一個通孔和所述上層固定板121，T字形試管110下端水平部分進入反應(yīng)容器108內(nèi)；T字形試管110下端水平部分的一端與所述高壓電極103進入反應(yīng)容器108的一端相對，T字形試管110下端水平部分的另一端與所述低壓電極/進氣管116進入反應(yīng)容器108的一端相對，T字形試管110下端水平部分的兩端打有微孔；T字形試管110內(nèi)填裝有催化劑113；

所述的供氣單元包括氣瓶201、減壓閥202和流量計203，所述氣瓶201、減壓閥202和流量計203依次通過管道連接；所述流量計203的出口端與所述低壓電極/進氣管116接地的一端通過管道連接。

所述高壓電極103為實心不銹鋼棒，所述低壓電極/進氣管116為不銹鋼管。所述反應(yīng)容器108、排氣管111、T字形試管110的材質(zhì)均為石英，厚度均為2～4mm。所述高壓電源119的工作電壓為0～50kV，頻率為8～20kHz。所述的減壓閥202控制進氣壓力在0～0.05Mpa，所述的進氣流量為0～100mL/min。所述催化劑113為Pd/ZrO₂、NiMo/Al₂O₃、Ni/CNTS的任意一種。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣體-液體-固體三相放電加氫精制生物油的裝置，其特征在于，所述液相生物油107為木屑油、稻殼油和秸稈油中的一種。所述氣瓶201內(nèi)的氣體為體積比為2:3的氫氦混合氣。

本發(fā)明裝置的工作過程為：

工作之前先確定高壓電極103與低壓電極/進氣管116之間的距離，并做好反應(yīng)容器的密封和固定工作，然后往裝置內(nèi)加入液相生物油，調(diào)節(jié)好填滿催化劑13的T字形試管位置，使其處于放電區(qū)域106，進而旋開氣瓶201，調(diào)節(jié)減壓閥202和流量計203，通過低壓電極/進氣管116流入反應(yīng)容器108內(nèi)，先排空氣5min，并設(shè)定所需的氣體流量，打開高壓電源119，調(diào)節(jié)工作電壓與頻率，觀察放電區(qū)域106的反應(yīng)情況，待反應(yīng)結(jié)束，關(guān)閉高壓電源119，繼續(xù)通入氣體，直至反應(yīng)容器108恢復(fù)到常溫，反復(fù)過濾去除催化劑103，用二氯甲烷萃取反應(yīng)后的產(chǎn)物，對有機相進行靜置分離，采用減壓蒸餾的方法去除有機溶劑，得到精制生物油。