專利名稱：有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法與裝置的制作方法
一、所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于無污染可再生能源轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法與裝置。
上述的發(fā)明的方法與裝置，著重于采用間隙式反應(yīng)器對(duì)生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的超臨界水氣化制取氫氣。由于超臨界水需要較高的溫度和壓力條件，反應(yīng)速率較快，如果采用間隙式反應(yīng)器，則不利于發(fā)揮其所擁有的上述優(yōu)點(diǎn)，也會(huì)帶來較嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。
目前連續(xù)式超臨界水氣化方法和裝置的研究與實(shí)現(xiàn)中存在的主要難點(diǎn)在于(1)生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)體系原料與水的高壓多相混合連續(xù)輸送；(2)長時(shí)間連續(xù)反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)工況條件的穩(wěn)定控制；(3)在連續(xù)流動(dòng)中的原料流體可靠的實(shí)現(xiàn)快速加熱升溫，防止在低于反應(yīng)溫度狀態(tài)下生成更難氣化的中間產(chǎn)物，以便增加氫氣產(chǎn)量；
(5)在較短的停留時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)流體有機(jī)原料的快速高效氣化反應(yīng)；(6)解決氫氣易燃易爆，儀器設(shè)備及人員的特殊防護(hù)問題；(7)由于反應(yīng)產(chǎn)物可能有氣、液、固三態(tài)，對(duì)有代表性的反應(yīng)產(chǎn)物的有效取樣，及其相應(yīng)的定性和定量分析方法的實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一種實(shí)現(xiàn)對(duì)生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的連續(xù)式超臨界水氣化制取氫氣的裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑實(shí)現(xiàn)固態(tài)原料的高壓多相混合連續(xù)輸送。其原料是生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料，由于反應(yīng)介質(zhì)本身就是水，因而固態(tài)原料中所含有的水份，可不經(jīng)干燥，粉碎后直接與CMC水溶液混合，加入反應(yīng)系統(tǒng)。利用超臨界水獨(dú)特的反應(yīng)性質(zhì)使有機(jī)原料迅速分解，羧甲基纖維素鈉水溶液中離解的Na+，可促進(jìn)一氧化碳的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使氣化反應(yīng)進(jìn)行比較完全，生成以氫氣為主的產(chǎn)品氣體。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法，其特征在于，按以下方法進(jìn)行(1)以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)水溶液與有機(jī)固態(tài)物質(zhì)生成粘性物料通過渣漿泵或隔離柱塞泵，加入到高壓反應(yīng)系統(tǒng)；(2)反應(yīng)原料經(jīng)粉碎至40目以上，與CMC水溶液混合攪拌均勻，由物料儲(chǔ)罐加入加料器，用高壓柱塞泵使加料器壓力達(dá)到預(yù)定壓力，待由旁路進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的水使反應(yīng)器內(nèi)溫度壓力預(yù)定反應(yīng)條件后，關(guān)閉水旁路，打開一個(gè)加料器與反應(yīng)器之間的閥門，使物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行氣化，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)背壓閥降低，再經(jīng)過氣體取樣器取樣，并由氣液分離器將反應(yīng)產(chǎn)物分為氣液兩態(tài)，氣態(tài)產(chǎn)物由濕式氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，液態(tài)產(chǎn)物在一定時(shí)間周期內(nèi)收集、計(jì)量、取樣、分析；在一個(gè)加料器物料用完后，接通另一已加壓的加料器與反應(yīng)器之間的閥門，重復(fù)進(jìn)行。
實(shí)現(xiàn)上述有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法的裝置，其特征在于它包括第一加料器10和第二加料器8、第一物料儲(chǔ)罐5和第二物料儲(chǔ)罐6、第一高壓柱塞泵7和第二高壓柱塞泵11組成雙泵、雙加料系統(tǒng)，還包括有背壓閥1、出口冷卻器2、反應(yīng)器3、入口冷卻器4、水箱9、濕式氣體流量計(jì)12、氣液分離器13和氣體取樣器14等組成，第一加料器10和第二加料器8通過管路與閥門可實(shí)現(xiàn)與第一物料儲(chǔ)罐5和第二物料儲(chǔ)罐6、第一高壓柱塞泵7和第二高壓柱塞泵11連通，第一高壓柱塞泵7和第二高壓柱塞泵11的入口與水箱9實(shí)現(xiàn)連通，第一加料器10和第二加料器8的公共出口有一入口冷卻器4，冷卻器4與反應(yīng)器3連通，反應(yīng)器3的出口有一出口冷卻器2，出口冷卻器2與背壓閥1相通，背壓閥1通過管路和閥門與氣體取樣器14和氣液分離器13連通，氣液分離器13的氣相出口設(shè)置有一濕式氣體流量計(jì)12。
所述反應(yīng)器3可采用大電流直接加熱方式或分段連續(xù)可調(diào)式電加熱(即輻射加熱)方式，在反應(yīng)器3兩端分別裝有鎧裝熱電偶，反應(yīng)器外壁裝有K型熱電偶。
所述的氣體取樣器14是實(shí)現(xiàn)氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物有效取樣，進(jìn)行氣相色譜定量分析的儀器/裝置。
所述反應(yīng)器3還設(shè)置有超過警戒溫度后報(bào)警、并在超過設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電裝置，反應(yīng)器兩端裝有安全閥和防爆片。
所述高壓柱塞泵出口均設(shè)置有超壓保護(hù)。
本發(fā)明系統(tǒng)地解決了上述六個(gè)方面的主要問題，并提供了一套對(duì)生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的連續(xù)式超臨界水氣化制取氫氣的方法及裝置。利用本發(fā)明可以得到以氫氣和二氧化碳為主，一氧化碳的含量很低、其體積百分含量小于1％，氣化率超過物料的100％的氣態(tài)產(chǎn)物。反應(yīng)后的液態(tài)產(chǎn)物透明、無色，可循環(huán)利用。
本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑實(shí)現(xiàn)固態(tài)原料的高壓多相混合連續(xù)輸送。
(2)采用雙泵、雙加料器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)式超臨界水氣化反應(yīng)的長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行和反應(yīng)條件的穩(wěn)定控制。
(3)采用的兩種不同的加熱方式，實(shí)現(xiàn)了流體的快速升溫。
(4)采用不同的反應(yīng)器管徑與泵流速的配合，實(shí)現(xiàn)了較短的停留時(shí)間內(nèi)有機(jī)原料的快速高效氣化反應(yīng)。
(5)采用在反應(yīng)器超過警戒溫度后報(bào)警、并在超過設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電、泵出口超壓保護(hù)、及反應(yīng)器兩端安全閥和防爆片的多重保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)工作人員及儀器的安全。
(6)采用獨(dú)特的取樣裝置、氣相色譜儀和總有機(jī)碳分析儀，可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的測量和定量分析。


圖1是本發(fā)明連續(xù)式超臨界水氣化系統(tǒng)簡圖；圖2是本發(fā)明的反應(yīng)器直接加熱方式示意圖；圖3是本發(fā)明的反應(yīng)器輻射加熱式方式示意圖。
參見圖1-3，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法，其特征在于，按以下方法進(jìn)行(1)以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)水溶液與有機(jī)固態(tài)物質(zhì)生成粘性物料通過渣漿泵或隔離柱塞泵，加入到高壓反應(yīng)系統(tǒng)；(2)反應(yīng)原料經(jīng)粉碎至40目以上，與CMC水溶液混合攪拌均勻，由物料儲(chǔ)罐加入加料器，用高壓柱塞泵使加料器壓力達(dá)到預(yù)定壓力，待由旁路進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的水使反應(yīng)器內(nèi)溫度壓力預(yù)定反應(yīng)條件后，關(guān)閉水旁路，打開一個(gè)加料器與反應(yīng)器之間的閥門，使物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行氣化，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)背壓閥降壓，再經(jīng)過氣體取樣器取樣，并由氣液分離器將反應(yīng)產(chǎn)物分為氣液兩態(tài)，氣態(tài)產(chǎn)物由濕式氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，液態(tài)產(chǎn)物在一定時(shí)間周期內(nèi)收集、計(jì)量、取樣、分析；在一個(gè)加料器物料用完后，接通另一已加壓的加料器與反應(yīng)器之間的閥門重復(fù)進(jìn)行。
實(shí)現(xiàn)上述對(duì)生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的連續(xù)式超臨界水氣化制取氫氣的裝置，包括第一加料器10和第二加料器8、第一物料儲(chǔ)罐5和第二物料儲(chǔ)罐6、第一高壓柱塞泵7和第二高壓柱塞泵11組成雙泵、雙加料系統(tǒng)，還包括有背壓閥1、出口冷卻器2、反應(yīng)器3、入口冷卻器4、水箱9、濕式氣體流量計(jì)12、氣液分離器13和氣體取樣器14等組成。第一加料器10和第二加料器8通過管路與閥門可實(shí)現(xiàn)與第一物料儲(chǔ)罐5和第二物料儲(chǔ)罐6、第一高壓柱塞泵7和第二高壓柱塞泵11連通，第一高壓柱塞泵7和第二高壓柱塞泵11的入口與水箱9實(shí)現(xiàn)連通，第一加料器10和第二加料器8的公共出口有一入口冷卻器4，冷卻器4與反應(yīng)器3連通，反應(yīng)器3的出口有一出口冷卻器2，出口冷卻器2與背壓閥1相通，背壓閥1通過管路和閥門與氣體取樣器14和氣液分離器13連通，氣液分離器13的氣相出口設(shè)置有一濕式氣體流量計(jì)12。
反應(yīng)器3可采用大電流直接加熱方式或分段連續(xù)可調(diào)式電加熱(即輻射加熱)方式，在反應(yīng)器3的還兩端分別裝有鎧裝熱電偶，反應(yīng)器3的外壁裝有K型熱電偶。
所述的氣體取樣器14是實(shí)現(xiàn)氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物有效取樣、進(jìn)行氣相色譜定量分析的裝置。
所述反應(yīng)器3還設(shè)置有超過警戒溫度后報(bào)警、并在超過設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電裝置，反應(yīng)器兩端裝有安全閥和防爆片。
所述高壓柱塞泵出口均設(shè)置有超壓保護(hù)。
該裝置可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行。生成氣體的重量可以超過加入的原料的干重，氣態(tài)產(chǎn)物中氫氣含量高、一氧化碳含量低，反應(yīng)完全。
圖1中，反應(yīng)原料經(jīng)粉碎至40目以上，與CMC水溶液混合攪拌均勻，由物料儲(chǔ)罐5加入第一加料器10，用第二高壓柱塞泵11使加料器壓力達(dá)到預(yù)定壓力，待由旁路進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的水使反應(yīng)器內(nèi)溫度壓力預(yù)定反應(yīng)條件后，關(guān)閉水旁路，打開加料器與反應(yīng)器之間的閥門，使物料進(jìn)入反應(yīng)器3進(jìn)行氣化，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)背壓閥1降壓，再經(jīng)過氣體取樣器14取樣，并由氣液分離器13將反應(yīng)產(chǎn)物分為氣液兩態(tài)，氣態(tài)產(chǎn)物由濕式氣體流量計(jì)12進(jìn)行計(jì)量，液態(tài)產(chǎn)物在一定時(shí)間周期內(nèi)收集、計(jì)量、取樣、分析。在第一加料器10物料用完后，接通另一已加壓的第二加料器8與反應(yīng)器3之間的閥門。第一加料器10卸壓、加料、升壓。重復(fù)進(jìn)行。
(1)對(duì)于連續(xù)式反應(yīng)器來講，固態(tài)原料的高壓多相混合連續(xù)輸送成為超臨界水氣化的關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明的以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑的固態(tài)物質(zhì)的超臨界水氣化制氫方法， CMC水溶液可與有機(jī)固態(tài)物質(zhì)生成粘性物料，這一粘性物料可通過渣漿泵或隔離柱塞泵，加入到高壓反應(yīng)器。
CMC是一種重要的纖維素衍生物，無毒、無味、可溶于水，其水溶液達(dá)到一定濃度時(shí)，有較大的粘性，保水性好。CMC溶液屬假塑性流體，剪切變稀，還具有一定的潤滑功能，有利于流體輸送。
CMC水溶液在超臨界水中可以快速氣化，生成以氫氣、甲烷、二氧化碳為主的產(chǎn)品氣體，在水中離解的Na+離子，可促進(jìn)一氧化碳的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使氣態(tài)產(chǎn)物中一氧化碳的含量低于1％，氣化反應(yīng)進(jìn)行比較完全。
CMC是一種重要的化工原料，用作膠體、粘結(jié)劑、食品添加劑、潤滑劑等廣泛應(yīng)用于石油、紡織、印染、造紙、食品、醫(yī)藥和日用化學(xué)等工業(yè)，價(jià)格低廉，可獲得性好。
(2)長時(shí)間連續(xù)反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)工況條件的穩(wěn)定控制。采用雙泵、雙加料器系統(tǒng)，通過閥門切換實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的加料器替換和常壓加料。加料器中裝有一可移動(dòng)活塞，活塞下部為去離子水，上部為物料。在反應(yīng)啟動(dòng)前，活塞置于最下部，在活塞上部裝滿物料。高壓柱塞泵只完成輸送去離子水至加料器活塞下部、使整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)升壓至額定壓力的功能，不直接與反應(yīng)物料接觸，從而得到有效保護(hù)，可長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行。由總系統(tǒng)各回路的流量調(diào)節(jié)閥和泵的出口壓力控制來實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器回路中的流量、壓力等參數(shù)，并結(jié)合泵和背壓閥的聯(lián)合調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超臨界氣化反應(yīng)條件。
(3)連續(xù)流動(dòng)中原料流體快速加熱升溫的可靠實(shí)現(xiàn)，防止在低于反應(yīng)溫度狀態(tài)生成更難氣化的中間產(chǎn)物，以便增加氫氣產(chǎn)量。采用了兩種分段連續(xù)可調(diào)式電加熱方式，即大電流直接加熱(參見圖2)和輻射加熱(參見圖3)。
在圖2所示的是大電流直接加熱方式的反應(yīng)器，包括出口鎧裝熱電偶201和進(jìn)口鎧裝熱電偶212，反應(yīng)器上有保溫材料202，反應(yīng)器一側(cè)設(shè)有出口管303和入口管311，反應(yīng)器內(nèi)分別有出口取樣環(huán)204和入口取壓環(huán)209，出口取樣環(huán)204和入口取壓環(huán)209上分別有出口取樣管205和入口取壓管210，反應(yīng)器設(shè)置有第一極板206、第二極板207和第三極板208。
在圖3所示的是輻射加熱方式的反應(yīng)器，包括出口接頭301，出口冷卻器302，入口接頭309，進(jìn)口冷卻器308，反應(yīng)器外有保溫材料303，反應(yīng)器兩端分別裝有出口鎧裝熱電偶304和進(jìn)口鎧裝熱電偶307，用以測量進(jìn)出口流體的溫度；反應(yīng)器管305外裝有電加熱絲306。反應(yīng)器外壁裝有K型熱電偶，測量其壁面溫度。加熱功率可通過輸入電流、電壓加以嚴(yán)格控制和精確測量。當(dāng)反應(yīng)器壁溫度超過警戒溫度后系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警器，并在超過設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電保護(hù)。
(4)采用不同的反應(yīng)器管徑與加料器活塞下部去離子水的泵入流量相配合，實(shí)現(xiàn)有機(jī)原料在較短的停留時(shí)間內(nèi)的快速高效氣化反應(yīng)，并保證較大的運(yùn)行參數(shù)范圍。反應(yīng)器的壓力由精密壓力表顯示，并由壓力傳感器測量。與熱電偶測得的溫度值通過IMP板輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。
(5)氫氣易燃易爆，需注意儀器設(shè)備及人員的特殊防護(hù)。采用泵出口超壓保護(hù)、及反應(yīng)器兩端安全閥和防爆片的三重保護(hù)裝置。
(6)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)產(chǎn)物可能有氣、液、固三態(tài)，有代表性的反應(yīng)產(chǎn)物的有效取樣及其相應(yīng)的定性和定量分析方法與技術(shù)的實(shí)現(xiàn)十分重要。本發(fā)明裝置中反應(yīng)產(chǎn)物是在通過氣-液分離器后，在測定的時(shí)間周期內(nèi)將其液態(tài)產(chǎn)品收集，由此用以計(jì)算液體的出口流速，并由TOC測定儀得到液態(tài)產(chǎn)物中的總碳含量及有機(jī)碳含量。氣態(tài)產(chǎn)物的流速由濕式氣體流量計(jì)測量，并由自制氣體取樣器14取得氣態(tài)樣品，氣體的成分分析采用HP6890氣相色譜，TCD檢測器，蘭州化物所研制的PLOT C-2000柱，六通閥進(jìn)樣，TCD檢測器溫度設(shè)定為250℃，以氦氣作載氣，載氣流速為10ml/min，分流進(jìn)樣，分流比為10∶1。采用程序升溫，60℃保持2分鐘，以30℃/min升至150℃，保持2分鐘，再以20℃/min升至190℃保持5分鐘。其中總有機(jī)碳的測定和氣相色譜的測定都可以實(shí)現(xiàn)在線測量。
本發(fā)明提供一套對(duì)生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的連續(xù)式超臨界水氣化制取氫氣的方法及裝置。利用本發(fā)明可以得到以氫氣和二氧化碳為主，一氧化碳的含量很低、其體積百分含量小于1％，氣化率超過物料的100％的氣態(tài)產(chǎn)物。反應(yīng)后的液態(tài)產(chǎn)物透明、無色，可循環(huán)利用。
發(fā)明人給出下面的實(shí)施例，參見表1-表4，表1是葡萄糖液在超臨界水中的氣化結(jié)果；表2是CMC水溶液氣化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；表3是葡萄糖/堿性添加物、鋸屑/CMC水溶液氣化結(jié)果；表4是葡萄糖氣化的熱效率分析結(jié)果。
表中能量效率＝(反應(yīng)產(chǎn)物的燃燒熱+反應(yīng)產(chǎn)物顯焓)/(輸入熱量+葡萄糖的燃燒熱)火用效率＝反應(yīng)產(chǎn)物的總火用值/(反應(yīng)物的總火用值+熱量火用)；其中總火用值＝物理火用+化學(xué)火用；熱量火用＝取電能火用實(shí)施例表1所示為在本發(fā)明的反應(yīng)裝置系統(tǒng)中所進(jìn)行的葡萄糖液超臨界水氣化制氫反應(yīng)的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。首先在較大的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)對(duì)葡萄糖進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與測試，結(jié)果表明923K、25MPa，0.4mol/l的葡萄糖，氣化率可以超過100％，液態(tài)產(chǎn)物無色、透明、可循環(huán)利用。
表2所示為CMC水溶液的氣化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，CMC水溶液易于氣化。在較高濃度(8wt％)下可以得到更好的氣化結(jié)果，碳?xì)饣士梢赃_(dá)到90％以上，可以作為生物質(zhì)氣化的添加劑。
表3所示為葡萄糖/堿性添加物、鋸屑/CMC水溶液氣化結(jié)果。在原料中加入KOH和Na2CO3的研究表明，K+、Na+，陽離子的加入可以加速一氧化碳的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，減少反應(yīng)氣體產(chǎn)物中一氧化碳的含量。CMC水溶液中所含的Na+同樣可使氣態(tài)產(chǎn)物中的一氧化碳含量減少，達(dá)到強(qiáng)化一氧化碳轉(zhuǎn)換反應(yīng)的目的。以CMC與鋸屑為原料實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)物料的連續(xù)氣化反應(yīng)，氣化率可達(dá)90％以上。
表4所示為923K、25MPa反應(yīng)條件下葡萄糖在不同濃度氣化的熱效率和 效率，結(jié)果表明，葡萄糖氣化的熱效率在原料濃度低于0.4M時(shí)氣化率都可以達(dá)到90％以上， 效率為50％左右。
表1葡萄糖液在超臨界水中的氣化結(jié)果
表2 CMC水溶液氣化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
表3葡萄糖/堿性添加物、鋸屑/CMC水溶液氣化結(jié)果
*液體中的TOC含量，ppm。
表4 923K、25MPa葡萄糖氣化熱分析結(jié)果923K、25MPa葡萄糖氣化實(shí)驗(yàn)結(jié)果
電能供熱，換熱效率取為90％、95％、98％時(shí)葡萄糖氣化效率
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法，其特征在于，以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑實(shí)現(xiàn)固態(tài)原料的高壓多相混合連續(xù)輸送；其原料是生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料，可不經(jīng)干燥，粉碎后直接與CMC水溶液混合，加入反應(yīng)系統(tǒng)；利用超臨界水的反應(yīng)性質(zhì)使有機(jī)原料迅速分解，羧甲基纖維素鈉水溶液中離解的Na+，可促進(jìn)一氧化碳的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，使氣化反應(yīng)進(jìn)行比較完全，生成以氫氣為主的產(chǎn)品氣體；具體按以下方法進(jìn)行(1)以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑，羧甲基纖維素鈉(CMC)水溶液與有機(jī)固態(tài)物質(zhì)生成粘性物料通過渣漿泵或隔離柱塞泵，加入到高壓反應(yīng)系統(tǒng)；(2)反應(yīng)原料經(jīng)粉碎至40目以上，與CMC水溶液混合攪拌均勻，由物料儲(chǔ)罐加入加料器，用高壓柱塞泵使加料器壓力達(dá)到預(yù)定壓力，待由旁路進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)的水使反應(yīng)器內(nèi)溫度壓力達(dá)到預(yù)定反應(yīng)條件后，關(guān)閉水旁路，打開一個(gè)加料器與反應(yīng)器之間的閥門，使物料進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行氣化，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)背壓閥降壓，再經(jīng)過氣體取樣器取樣，并由氣液分離器將反應(yīng)產(chǎn)物分為氣液兩態(tài)，氣態(tài)產(chǎn)物由濕式氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，液態(tài)產(chǎn)物在一定時(shí)間周期內(nèi)收集、計(jì)量、取樣、分析；(3)在一個(gè)加料器物料用完后，接通另一已加好壓的加料器與反應(yīng)器重復(fù)進(jìn)行。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法的裝置，其特征在于它包括第一加料器[10]和第二加料器[8]、第一物料儲(chǔ)罐[5]和第二物料儲(chǔ)罐[6]、高壓柱塞泵[7]和高壓柱塞泵[11]組成雙泵、雙加料系統(tǒng)，還包括有背壓閥[1]、出口冷卻器[2]、反應(yīng)器[3]、入口冷卻器[4]、水箱[9]、濕式氣體流量計(jì)[12]、氣液分離器[13]和氣體取樣器[14]等組成，第一加料器[10]和第二加料器[8]通過管路與閥門可實(shí)現(xiàn)與第一物料儲(chǔ)罐[5]和第二物料儲(chǔ)罐[6]、第一高壓柱塞泵[7]和第二高壓柱塞泵[11]的入口與水箱[9]實(shí)現(xiàn)連通，第一加料器[10]和第二加料器[8]的公共出口有一入口冷卻器[4]，冷卻器[4]與反應(yīng)器[3]連通，反應(yīng)器[3]的出口有一出口冷卻器[2]，出口冷卻器[2]與背壓閥[1]相通，背壓閥[1]通過管路和閥門與氣體取樣器[14]和氣液分離器[13]連通，氣液分離器[13]的氣相出口設(shè)置有一濕式氣體流量計(jì)[12]。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法的裝置，其特征在于所述反應(yīng)器[3]可采用大電流直接加熱方式或分段連續(xù)可調(diào)式電加熱(即輻射加熱)方式，在反應(yīng)器[3]兩端分別裝有鎧裝熱電偶，反應(yīng)器外壁裝有K型熱電偶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法的裝置，其特征在于所述的氣體取樣器[14]是實(shí)現(xiàn)氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物有效取樣、進(jìn)行氣相色譜定量分析的儀器/裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法的裝置，其特征在于還設(shè)置有超過警戒溫度后報(bào)警、并在超過設(shè)定溫度后自動(dòng)斷電裝置，反應(yīng)器兩端裝有安全閥和防爆片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法的裝置，其特征在于所述高壓柱塞泵出口均設(shè)置有超壓保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)等有機(jī)固態(tài)原料的超臨界水氣化制氫方法和裝置,固態(tài)原料不需干燥,粉碎后可直接加入反應(yīng)系統(tǒng);以羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加劑實(shí)現(xiàn)固態(tài)原料的高壓多相混合連續(xù)輸送,反應(yīng)裝置由雙泵、雙加料系統(tǒng)、反應(yīng)器、背壓閥、氣液分離器、取樣器及濕式氣體流量計(jì)等組成,可長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行,反應(yīng)條件穩(wěn)定可控,操作簡單。采用電流直接加熱和輻射加熱兩種方式反應(yīng)器,可以實(shí)現(xiàn)快速加熱和高效氣化反應(yīng)。本發(fā)明提供的制氫、取樣裝置,以及反應(yīng)產(chǎn)物的氣液分析方法,反應(yīng)氣態(tài)產(chǎn)物中氫氣和二氧化碳為主,一氧化碳體積含量小于1%,氣化率超過物料的100%。反應(yīng)液態(tài)產(chǎn)物透明、無色,可循環(huán)利用。
文檔編號(hào)C01B3/32GK1375447SQ02114529
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者郭烈錦, 郝小紅 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)