[发明专利]一种利用热等离子体裂解甘油制备合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合成气制备技术领域，尤其涉及一种利用热等离子体裂解甘油制备合成气的方法。

背景技术

随着石油化工资源的日趋枯竭，生物柴油作为可替代能源而备受青睐。生物柴油生产过程中副产大量甘油，每生产10吨生物柴油就副产1吨甘油，其纯度为80～90%。由于生物柴油的产量不断增加，甘油作为生物柴油的副产物，产量也在不断增加，必将造成甘油供应的大量过剩，打乱原有甘油市场的平衡。

以甘油为原料制备合成气是甘油利用的一种有效途径。合成气是一氧化碳和氢气的混合气，是一种非常重要的化工原料，可以用来合成许多化工产品及对环境友好的燃料，例如：氨、甲醇、乙酸、甲酸甲酯、二甲醚、合成汽油、柴油等。

目前利用甘油裂解制备合成气的方法主要有蒸汽重整、催化部分氧化及自热重组等，但这些方法均需要添加催化剂催化反应的进行，存在催化剂失活的问题。

如授权公告号为CN100462299C的专利公开了一种以生产生物柴油的副产物甘油蒸汽重整制合成气的方法，其首先向反应器中装填Ni/ZrO₂或Ni/CeO₂或Ni/CeO₂-ZrO₂催化剂，该催化剂活性组分镍的质量含量为10%～15%，采用氢气体积含量为5%的氢气和氮气的混合气，以流量为100mL/min，在400～600℃下预还原催化剂1.5～2h，然后向反应器以空速5000～20000h^-1通入水分子和碳原子个数比为1:1～5:1的甘油水溶液蒸汽，在常压，300～600℃的条件下进行蒸汽重整反应，得到H₂/CO摩尔比在1.1～2.5范围内的合成气产物。该方法需进行较长时间的催化剂预还原，且催化剂使用一段时间后由于积碳造成催化剂失活，反应效率较低，不利于合成气的高效制备。

发明内容

本发明提供了一种利用热等离子体裂解甘油制备合成气的方法，此法克服了传统制备合成气的方法中催化剂失活及制备效率低的问题，应用此种方法可绿色、高效的制备合成气，有很好的经济效益和环境效益。

一种利用热等离子体裂解甘油制备合成气的方法，包括以下步骤：

(1)将电离气体通入等离子体炬中电离生成热等离子体；

(2)将纯甘油或甘油水溶液加入等离子体炬中进行裂解反应，反应时间为0.1～50ms，裂解产物为合成气。

热等离子体具有高温和富含活性粒子的特点，在热等离子体存在的环境下能高效诱导发生气相化学反应，其富含的大量高能活性粒子能极大的提高反应速率，相当于催化剂的作用，但与传统添加催化剂的催化反应相比，由于热等离子体的热化学反应机理，其裂解的转化率和选择性更高，而且可以有效避免催化剂积碳，更加适宜于大规模的生产应用。

本发明首先将电离气体导入等离子体炬中产生热等离子体射流，然后再将纯甘油或甘油水溶液加入等离子体炬中与热等离子体混合发生高温裂解反应，甘油分子将与热等离子体碰撞生成一些活跃的自由基，如HO₂·、CH₂·、CH·、C·、H·、HO·、O·等，生成的自由基进行反应生成主要成分为氢气和一氧化碳的合成气，裂解产物合成气中还包含少量的水、二氧化碳、甲烷、积碳等副产物。

步骤(1)中，优选所述等离子体炬的输入功率为5kw～1Mw。其中，5kw～100kw适合小试研究，100kw～1Mw适合工业上的应用放大。

优选通入所述等离子体炬的电离气体为氩气、氢气、水蒸气中的一种或多种，氩气、氢气、水蒸气为常用的电离气体，为避免产物中生成氢氰酸，本发明不使用氮气作为电离气体。

步骤(2)中，优选所述甘油水溶液的浓度大于10%，甘油水溶液的浓度太低将导致大部分的电能被用来电离水，能耗较高。

加入等离子体炬中的纯甘油或甘油水溶液与步骤(1)中通入电离气体的摩尔量比为0.5～2，摩尔量比太小会造成能量的浪费，合成气中电离气体的比例过高；摩尔量比太大则会由于电离气体的不足导致反应的温度不高，反应不充分从而浪费原料。

为了使甘油分子与热等离子体在等离子体炬中充分混合均匀，便于裂解反应的进行，提高反应效率，纯甘油或甘油水溶液可经雾化后再通入等离子体炬中，所述雾化可采用气体雾化喷嘴实现，气体雾化喷嘴采用的加速气体为氩气、氢气或水蒸气。

可将纯甘油或甘油水溶液经雾化后从热等离子体射流的上部或侧面通入等离子体炬中，这样可保证甘油分子快速的汇入热等离子体射流中，与其充分混合，能够保证裂解反应快速充分的进行。