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-液體兩相放電加氫精制生物油的裝置。

背景技術(shù)：

隨著全球經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，化石能源被大量消耗并逐漸枯竭，因其過度利用導致環(huán)境和氣候問題日益嚴重，能源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為制約人類社會可持續(xù)發(fā)展的主要矛盾，尋找可替代清潔能源已成全球共識。而生物質(zhì)能是綠色植物通過光合作用貯存起來的能源，具有儲量大、可再生、含硫量低、CO₂零排放等優(yōu)點，可作為化石能源的替代能源。因而，作為唯一可再生的資源，如何高效的將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化成具有較高附加值的化工原料和可替代燃料而受到廣泛關(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。相比其他提質(zhì)方法，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，因此目前被廣泛關(guān)注及研究。但傳統(tǒng)的催化加氫提質(zhì)主要利用高壓反應(yīng)釜，投入成本過高，催化劑易失活，反應(yīng)時間過長，因此從長遠角度上，急需一種理想的加氫技術(shù)方法來精制生物油。

研究表明，低溫等離子體因體系中包含有高能電子、激發(fā)態(tài)原子、正負離子、自由基等具有高化學反應(yīng)活性的粒子，可引發(fā)常溫常壓下很難進行的化學反應(yīng)，因而在污染物降解、消毒、材料制備及表面改性方面應(yīng)用廣泛。由于大部分化學反應(yīng)是在液相中進行的，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)，從而在氣-液接觸界面引發(fā)化學反應(yīng)，形成了氣體-液體兩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-液體兩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-液體兩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)速度快、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-液體兩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-液體兩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)生器包括反應(yīng)容器、橡膠塞、進排氣管、高低壓電極和高壓電源；所述反應(yīng)容器上部開口處設(shè)有橡膠塞密封，所述橡膠塞上開有中心圓孔、進氣孔和排氣孔，高壓電極穿過中心圓孔，一端伸入反應(yīng)容器中，另一端與高壓電源連接；進氣管安裝至進氣孔內(nèi)并延伸至高壓電極的下端，排氣孔安裝于排氣孔內(nèi)；

所述高壓電極包括連接高壓電源正極的空心鐵棒和套設(shè)在空心鐵棒外的內(nèi)介質(zhì)管；所述內(nèi)介質(zhì)管與空心鐵棒之間的空隙密封；所述低壓電極為圓形鋁片，緊密貼合與反應(yīng)容器底部；

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；所述流量計的另一端與進氣管連接，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。

本發(fā)明所述裝置還包括固定支架，所述固定支架由聚四氟乙烯螺栓和密封定位板構(gòu)成，將整個反應(yīng)容器固定并保持穩(wěn)定

所述進氣孔和排氣孔位于中心圓孔兩側(cè)。

所述的反應(yīng)容器、進排氣管、內(nèi)介質(zhì)管的材料均為石英，厚度為2～4mm。

所述的進氣管采用L型石英管，L型管下端口靠近高壓電極；所述排氣管亦采用L型石英管，L型管下端口位于液面上方。

所述高壓電源的工作電壓為0～50kV，頻率為8～20kHz。

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。

當工作時，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，高壓電極不與生物油直接接觸，因此在兩相環(huán)境下，基于介質(zhì)阻擋放電原理，在放電區(qū)產(chǎn)生低溫等離子體；所述的低壓電極為圓形鋁片，緊密貼合于反應(yīng)容器底部，確保高低壓電極間產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體。

所述的液相生物油為生物質(zhì)經(jīng)過真空熱裂解的液體燃料，如木屑油、稻殼油和秸稈油等；所述氣相為氫氦混合氣

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-液體兩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-液體兩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))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-液體兩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-液體兩相放電加氫精制生物油裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標記說明：100、等離子體發(fā)生器；101、固定支架；102、聚四氟乙烯螺栓；103、反應(yīng)容器；104、進氣管；105、橡膠塞；106、密封定位板；107、排氣管；108、內(nèi)介質(zhì)管；109、高壓電極；110、放電區(qū)；111、液體；112、低壓電極；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)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

本發(fā)明為一種氣體-液體兩相放電加氫精制生物油的裝置如圖1～圖4所示，主要包括等離子體發(fā)生器100和供氣單元200；所述等離子體反應(yīng)器100包括反應(yīng)容器103、橡膠塞105、進氣管104、排氣管107、高壓電極109、低壓電極112、高壓電源113和固定支架101；所述固定支架101由聚四氟乙烯螺栓102和密封定位板106構(gòu)成，將整個反應(yīng)容器103固定并保持穩(wěn)定。

所述反應(yīng)容器103上部開口處設(shè)有橡膠塞105密封，所述橡膠塞105上開有中心圓孔、進氣孔和排氣孔，所述進氣孔和排氣孔位于中心圓孔兩側(cè)；高壓電極109穿過中心圓孔，一端伸入反應(yīng)容器103中，另一端與高壓電源113連接；進氣管104安裝至進氣孔內(nèi)并延伸至高壓電極109的下端，排氣孔107安裝于排氣孔內(nèi)；

所述高壓電極109包括連接高壓電源正極的空心鐵棒和套設(shè)在空心鐵棒外的內(nèi)介質(zhì)管108；所述內(nèi)介質(zhì)管108與空心鐵棒之間的空隙密封；所述低壓電極112為圓形鋁片，緊密貼合與反應(yīng)容器103底部。

所述供氣單元200包括氣瓶201、減壓閥202和流量計203；且氣瓶201、減壓閥202和流量計203依次連接；所述流量計203的另一端與進氣管104連接，所述的供氣單元200控制減壓閥202將氣體通過流量計203和進氣管104，進入反應(yīng)容器103中。

所述的反應(yīng)容器103、進排氣管104、107、內(nèi)介質(zhì)管108的材料均為石英，厚度為2～4mm。

所述的進氣管104采用L型石英管，L型管下端口靠近高壓電極；所述排氣管107采用L型石英管，L型管下端口位于液面上方。

所述高壓電源113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。

本發(fā)明裝置的工作過程為：

工作時，先將生物油放置于反應(yīng)容器103內(nèi)，調(diào)整高壓電極109與液面的高度，旋開氣瓶201，調(diào)節(jié)減壓閥202和流量計203，通過進氣管104流入反應(yīng)容器103內(nèi)，先排空氣5min。設(shè)定理合適的氣體流量，打開高壓電源113，調(diào)節(jié)工作電壓與頻率，觀察放電區(qū)110的反應(yīng)狀況，等反應(yīng)結(jié)束，關(guān)閉高壓電源113，繼續(xù)通入氣體，直至反應(yīng)容器103冷卻至室溫，用有機溶劑萃取反應(yīng)后的產(chǎn)物，對有機相溶液進行靜置分離，采用減壓蒸餾的方法去除有機溶劑，得到精制生物油。所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。