本發(fā)明涉及液體燃料，尤其涉及基于等離子體反應器的液體燃料的制備方法及其裝置。

背景技術：

1、隨著城市化進程的加速，我國城鎮(zhèn)垃圾產生量急劇增加，垃圾填埋作為傳統(tǒng)的垃圾處理方式之一，雖然在一定程度上緩解了垃圾處理的壓力，但其伴隨的環(huán)境污染問題也日益凸顯。垃圾填埋過程中，由于微生物的分解作用，會產生大量的垃圾填埋氣（landfillgas,?lfg），其中主要成分為甲烷（）和二氧化碳（），這兩種氣體均為主要的溫室氣體，對全球氣候變暖具有顯著貢獻。特別是甲烷，其溫室效應是二氧化碳的數(shù)十倍，若直接排放至大氣中，不僅會導致嚴重的環(huán)境污染，還將造成巨大的能源浪費。

2、為了有效應對這一問題，國內外學者及研究機構致力于探索垃圾填埋氣的資源化利用途徑。傳統(tǒng)的做法是將垃圾填埋氣收集后用于燃燒發(fā)電，這種方式雖能部分實現(xiàn)能源的回收，但整體利用效率較低，且對于甲烷和二氧化碳這兩種關鍵組分的深度轉化和利用有限。

3、近年來，隨著等離子體技術的快速發(fā)展，其在環(huán)境治理和能源轉化領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。等離子體反應器利用高能電子與氣體分子間的非彈性碰撞，能夠在較低的溫度和壓力條件下引發(fā)并加速化學反應，特別適用于處理復雜的氣體混合物，如垃圾填埋氣。相比傳統(tǒng)的催化重整技術，等離子體反應器具有無需復雜催化劑、操作條件溫和、反應速度快、不易結焦以及設備體積小等優(yōu)勢，為垃圾填埋氣的高效轉化提供了新的思路。

4、特別地，利用等離子體反應器將垃圾填埋氣中的甲烷和二氧化碳重整為合成氣（主要成分為一氧化碳和氫氣，比約為1:1），不僅實現(xiàn)了溫室氣體的有效減排，還為后續(xù)的費托合成等化工過程提供了高質量的原料。費托合成是一種將合成氣轉化為液態(tài)烴類（如汽油、柴油等液體燃料）的重要工藝，其原料的比直接影響產品的分布和產率。因此，基于等離子體反應器的液體燃料制備方法，不僅解決了垃圾填埋氣的環(huán)境污染問題，還促進了資源的循環(huán)利用，對推動能源可持續(xù)發(fā)展、減少溫室氣體排放、改善人類生存環(huán)境具有深遠的意義。

5、因此，本技術提出基于等離子體反應器的液體燃料的制備方法及其裝置。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于等離子體反應器的液體燃料的制備方法及其裝置，能夠制備液體燃料，且能夠實現(xiàn)能量效率和凈co2減排率分別為46.28％和64.57％。

2、本發(fā)明的目的采用以下技術方案實現(xiàn)：

3、一方面，本發(fā)明提供一種基于等離子體反應器的液體燃料的制備裝置，包括：

4、氣體合成部，所述氣體合成部包括順次連接的儲存組件、第一熱交組件、第二混合單元、等離子體反應器、第三熱交組件以及第一閃蒸罐，其中，儲存組件用于存儲氣體和/液體，儲存組件連接第一熱交組件的低溫端，第一熱交組件的高溫端連接第二混合單元，等離子體反應器連接第三熱交組件的高溫端，第三熱交組件的低溫端連接第一閃蒸罐；

5、燃料合成部，所述燃料合成部包括順次連接的壓縮機、混合組件、第二熱交組件、費托反應器、第四熱交組件、第二閃蒸罐、干燥器、燃料收集單元，其中，壓縮機連接第一閃蒸罐，混合組件連接第二閃蒸罐的頂部以及第二熱交組件的低溫端，第二熱交組件的高溫端連接費托反應器，第四熱交組件的高溫端連接費托反應器，第四熱交組件的低溫端連接第二閃蒸罐，燃料收集單元用于收集液體燃料。

6、進一步的，所述儲存組件包括：

7、第一儲存單元，所述第一儲存單元用于儲存co2；

8、第二儲存單元，所述第二儲存單元用于儲存ch4/n2；

9、第三儲存單元，所述第三儲存單元用于儲存h2o，第三儲存單元的輸出端連接所述第一熱交組件的低溫端；

10、第一混合單元，所述第一混合單元的輸入端連接所述第一儲存單元和所述第二儲存單元，所述第一混合單元的輸出端連接所述第一熱交組件的低溫端。

11、進一步的，所述儲存組件還包括：

12、第四儲存單元，所述第四儲存單元用于存儲垃圾填埋氣，所述第四儲存單元的輸出端連接所述第一混合單元的輸入端或所述第一熱交組件的低溫端。

13、進一步的，所述第一熱交組件包括：

14、第一加熱單元，所述第一加熱單元包括第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器的低溫端連接所述第一混合單元，所述第一換熱器的高溫端連接所述第二換熱器的低溫端，所述第二換熱器的高溫端連接所述第二混合單元；

15、第二加熱單元，所述第二加熱單元包括：第三換熱器和第四換熱器，所述第三換熱器的低溫端連接所述第三儲存單元，所述第三換熱器的高溫端連接所述第四換熱器的低溫端，所述第四換熱器的高溫端連接所述第二混合單元；

16、所述第二熱交組件包括：第六換熱器和第七換熱器，所述第六換熱器的低溫端連接所述混合組件，所述第六換熱器的高溫端連接所述第七換熱器的低溫端，所述第七換熱器的高溫端連接所述費托反應器。

17、進一步的，所述第三熱交組件包括：第九換熱器和第四換熱器，所述第九換熱器的高溫端連接所述等離子體反應器，所述第九換熱器的低溫端連接所述第四換熱器的高溫端，所述第四換熱器的低溫端連接所述第一閃蒸罐；

18、所述第四熱交組件包括：第十一換熱器和第八換熱器，所述第十一換熱器的高溫端連接所述費托反應器，所述第十一換熱器的低溫端連接所述第八換熱器的高溫端，所述第八換熱器的低溫端連接所述第二閃蒸罐。

19、進一步的，所述第三熱交組件包括：第九換熱器和第四換熱器；

20、所述等離子體反應器的出口連接所述第三換熱器的高溫端，所述第三換熱器的低溫端連接所述第一換熱器的高溫端，所述第一換熱器的低溫端連接所述第九換熱器的高溫端，所述第九換熱器的低溫端連接所述第四換熱器的高溫端，所述第四換熱器的低溫端連接所述第一閃蒸罐；

21、所述第四熱交組件包括：第十一換熱器和第八換熱器；

22、所述費托反應器的出口連接所述第六換熱器的高溫端，所述第六換熱器的低溫端連接所述第十一換熱器的高溫端，所述第十一換熱器的低溫端連接所述第八換熱器的高溫端，所述第八換熱器的低溫端連接所述第二閃蒸罐。

23、進一步的，所述液體燃料的制備裝置還包括：

24、發(fā)電部，所述發(fā)電部包括：

25、第一發(fā)電組件，所述第一發(fā)電組件包括第一汽輪機、第十換熱器以及第二加壓泵，所述第一汽輪機用于為所述等離子體反應器供電，所述第一汽輪機的一端連接所述第九換熱器的低溫端，所述第一汽輪機的另一端連接所述第十換熱器的低溫端，所述第二加壓泵的一端連接所述第十換熱器的高溫端，所述第二加壓泵的另一端連接所述第三熱交組件的低溫端；

26、第二發(fā)電組件，所述第二發(fā)電組件包括第二汽輪機、第十二換熱器以及第三加壓泵，所述第二汽輪機用于為所述等離子體反應器供電，所述第二汽輪機的一端連接所述第十一換熱器的低溫端，所述第二汽輪機的另一端連接所述第十二換熱器的低溫端，所述第三加壓泵的一端連接所述第十二換熱器的高溫端，所述第三加壓泵的另一端連接所述第四熱交組件的低溫端；

27、第三發(fā)電組件，所述第三發(fā)電組件包括順次連接的第十三換熱器、第三汽輪機、第十四換熱器以及第四加壓泵，所述第十三換熱器的高溫端連接所述費托反應器，所述第三汽輪機為所述等離子體反應器供電，所述第十四換熱器的高溫端連接所述第十三換熱器的高溫端。

28、進一步的，所述混合組件包括：

29、分流器，所述分流器連接所述第二閃蒸罐的頂部；

30、第三混合單元，所述第三混合單元的一端連接壓縮機以及部分所述分流器，所述第三混合單元的另一端連接所述第二熱交組件的低溫端。

31、另一方面，本發(fā)明提供一種基于等離子體反應器的液體燃料的制備方法，包括以下步驟：

32、利用第一熱交組件將儲存組件中的垃圾填埋氣和水加熱，并于第二混合單元混合均勻后，獲得第一混合氣體，并將第一混合氣體通入等離子體反應器中反應，獲得高溫合成氣；

33、利用第三熱交組件將高溫合成氣冷卻，獲得低溫合成氣，并將低溫合成氣通入第一閃蒸罐，進行閃蒸分離，獲得干燥合成氣；

34、利用壓縮機將干燥合成氣壓縮后，獲得壓縮合成氣，將壓縮合成氣和第二閃蒸罐閃蒸分離出的混合氣體置于混合組件混合均勻，獲得第二混合氣體，利用第二熱交組件將第二混合氣體加熱后通入費托反應器中反應，獲得高溫烴類混合物；

35、利用第四熱交組件將高溫烴類混合物冷卻，獲得低溫烴類混合物，并將低溫烴類混合物通入第二閃蒸罐，進行閃蒸分離，獲得混合氣體和含水液體燃料；

36、利用干燥器將含水液體燃料脫水，獲得液體燃料。

37、進一步的，離子體反應器中：溫度為850-900℃；壓力為1-3bar；

38、第一閃蒸罐中：溫度為5-20℃；壓力為1-3bar；

39、壓縮機中：壓力為15-25bar；

40、費托反應器中：溫度為200-250℃；壓力為15-25bar；

41、第二閃蒸罐中：溫度為5-20℃；壓力為15-25bar；

42、干燥器中：溫度為5-20℃；壓力為1-3bar。?與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果至少包括：

43、本發(fā)明的垃圾填埋氣和水經預熱混合后，在等離子體反應器反應得到高溫合成氣；高溫合成氣冷卻后通過閃蒸、加壓和預熱后，在費托反應器中反應得到高溫烴類混合物；高溫烴類混合物冷卻后經過閃蒸，去除其中未反應的混合氣體，獲得含水液體燃料，并經干燥器除去含水液體燃料中的水，獲得液體燃料，整個過程的能量效率和凈co2減排率分別為46.28％和64.57％。