[实用新型]一种生物质与废塑料制取生物油和燃气的装置

说明书

本实用新型属于新能源开发利用研究领域，涉及一种生物质与废塑料制取生物油和燃气的装置，包括生物质真空热解器、废塑料真空热解器、热解气混合器、控制模块A、等离子体协同催化系统、控制模块B、冷阱、真空泵以及CO₂吸附器；生物质真空热解器，用于实现生物质分解；废塑料真空热解器，用于实现废塑料分解；热解气混合器，用于接收生物质真空热解器与废塑料真空热解器产生的气体；控制模块A能分别调节生物质真空热解器、废塑料真空热解器与热解气混合器的温度和升温速率；等离子体协同催化系统，用于催化热解气混合器产生的气体。其能有效克服现有生物质与废塑料共热解制取生物油或燃气中存在的缺陷。

技术领域

本实用新型属于新能源开发利用研究领域，更具体地，涉及一种生物质与废塑料制取生物油和燃气的装置。

背景技术

生物质能作为唯一可直接转换成含碳液体燃料的可再生能源，对其开发利用在化石燃料日益枯竭和环境日趋恶化的今天变得越来越重要。生物质热解油(下称生物油)作为一种初级燃料，在理化性质方面存在明显缺陷，必须对其进行改性精制，以提高生物油的品质。目前，精制改性方法主要有催化裂解、催化加氢和催化酯化等方法，其中，催化裂解精制方法安全性较高，反应条件相对温和，受到国内外学者的广泛关注。但传统的催化裂解手段已经难以实质性提高生物油催化裂解过程的提质效率。低温等离子体技术主要是利用化学活性极强的高能粒子及活性物种参与化学反应，完成许多传统条件下难以解决的问题。近年来，本课题组率先将低温等离子体技术与生物油催化裂解过程相结合，构建了生物油催化裂解的低温等离子体协同催化（Non-thermal Plasma Synergistic Catalysis, NPSC）系统，NPSC系统中低温等离子体与催化剂之间的协同作用有利于降低催化剂负担，促进产物在催化剂表面的解吸，提高产物的选择性和减少产物在催化剂上的集聚（结焦）现象，增强催化剂稳定性。与HZSM-5单独催化时相比，NPSC系统使HZSM-5结焦率明显降低，降幅达63.61%，烃类含量则进一步提升了13.81%，但其中PAHs贡献了5.68%（赵卫东, 赖志豪, 蔡忆昔, 等. 低温等离子体协同HZSM-5在线催化裂解提质油菜秸秆热解油. 林产化学与工业, 2016, 36(6): 9-15.）。

从工艺制约因素角度分析，生物油的催化裂解工艺主要受催化剂和原料的制约。在原料方面，生物质或生物油的有效氢碳比（Hydrogen to Carbon Effective Ratio, (H/C)_eff）较低，属于严重缺氢原料，原料(H/C)_eff的概念首先由Chen等（Chen N Y, Degnan TF, Koenig L R. Liquid fuel from carbohydrates. Chemical Technology, 1986, 16:506-511.）提出。HZSM-5分子筛很难对(H/C)_eff小于1的缺氢原料进行稳定、持续的催化。同时，因为缺乏可有效利用的氢元素，HZSM-5分子筛催化裂解过程中芳构化重整反应所能转移利用的氢元素变得极为有限，致使PAHs等低氢碳比产物增加，而PAHs的进一步脱氢聚合又加剧了分子筛的结焦。NPSC系统构建后，高能活性物种与催化剂活性位点间的相互作用使HZSM-5结焦率明显下降，但生物油(H/C)_eff较低，催化过程中所能转移利用的氢元素较为有限，导致PAHs等低氢碳比产物增加，HZSM-5仍具有一定的结焦率。因此，通过提高原料(H/C)_eff以进一步增强NPSC系统中HZSM-5的抗结焦性能，并实质性提升生物油的燃料品质，是突破催化裂解技术瓶颈的一条重要研究思路。