超臨界水氣化反應中碳化反應的阻斷劑及其應用與使用方法
2023-07-10 11:17:16 1
專利名稱：超臨界水氣化反應中碳化反應的阻斷劑及其應用與使用方法
技術領域：
本發明屬於資源環境領域，具體涉及一種可以抑制超臨界水氣化反應中焦炭形成的阻斷劑與應用，及其在超臨界水氣化汙泥中阻斷碳化反應的使用方法。
背景技術：
由於能源危機及碳排放的問題，生物質能源越來越受研究者們的關注，其中超臨界水氣化產氫技術最為弓I人關注。目前，我國研究者們對超臨界水氣化產氫技術開展了一系列的研究，如西安交通大學郭烈錦院士團隊，山西煤炭研究所等，並取得了良好的氣化效果。但由於高濃度物料容易由於碳化反應產生焦炭類物質，從而影響氣化反應效率導致氫氣產量下降，並且結渣造成了連續式反應器的堵塞，所以目前的研究都只停留在低濃度進 料條件下。如專利號為02114529. 6的中國專利中所述當有機物進料濃度為I 3 wt%，雖然通過連續式反應器極大的提高了超臨界水氣化反應效率，但是由於反應物含固率極低，處理效率很難得到進一步的提升；專利號為200510041633. 8的中國專利提供一種對煤和生物質共同進行超臨界水氣化產氫的方法，但依然是低進料濃度介於I. 0 5. 0 wt%之間。而專利號為200710017691. 6的中國專利通過部分氧化方式及流化床反應器解決了煤與有機質混合物的堵塞問題。所以，如何解決超臨界水氣化反應中碳化反應的抑制問題已成為超臨界水氣化產氫技術研究中急需解決的問題。另外，目前在我國關於超臨界水處理汙泥的專利或專利申請有8個，專利號或專利申請號分別是「98120547. X」、「200710126149. 4」、「200810063091. 8」、「200810060553. O」、「200910022849. 8」、「200910022342. 2」、「200910024282. 8」、「200910218773. 6」。上述專利
限於超臨界水處理汙泥時的設備、方法和工藝，對於脫水汙泥在超臨界水氣化過程中因高濃度物料而造成的碳化反應的解決方法，尚未見到報導。
發明內容
解決的技術問題針對現有技術中存在的超臨界水氣化反應中碳化反應導致產生大量焦炭類物質的技術問題，本發明提供一種可以抑制超臨界水氣化反應中焦炭形成的阻斷劑與應用，及其在超臨界水氣化汙泥中阻斷碳化反應的使用方法。技術方案針對以上技術問題，本發明提供一種可以抑制超臨界水氣化反應中焦炭形成的阻斷劑，其具體組成如下由鹼金屬碳酸鹽化合物或鹼金屬氫氧化物構成，稱為單獨阻斷劑；由鹼金屬碳酸鹽化合物和鹼金屬氫氧化物混合構成，稱為混合阻斷劑；其中所述鹼金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ； 所述鹼金屬氫氧化物為KOH或NaOH。
作為本發明的進一步改進，上述混合阻斷劑，以鹼金屬碳酸鹽化合物鹼金屬氫氧化物重量比5 9配比，此時阻斷效果更好。本發明還提供上述阻斷劑在超臨界水氣化反應中抑制碳化反應的應用。同時本發明還提供上述阻斷劑在實現超臨界水氣化汙泥反應中抑制碳化反應的使用方法在汙泥中按重量比2% 8%添加所述阻斷劑，混合均勻，然後再一併進行超臨界水氣化反應。上述阻斷劑的使用方法可用於含水量介於78 85%之間的高濃度汙泥。作為本發明的進一步改進，汙泥超臨界水氣化反應的條件為為450°C，壓力為25MPa，反應時間為30min的條件下。有益效果 利用本發明提供的阻斷劑，可有效抑制超臨界水氣化反應中的碳化反應，大幅降低反應中焦炭類物質的含量，理論上阻斷率高達90%以上，由於焦炭類物質的減少，解決了現有技術中存在的反應過程中形成焦炭影響氣化反應效率導致氫氣產量下降，及黏附在管壁上造成堵塞的問題。實驗證明，在阻斷劑的摻入量為2% 8%之間時，可有效的阻斷超臨界水直接脫水汙泥中的碳化反應，尤其當阻斷劑摻入量為6%時，產物中焦炭含量低於3%，焦炭阻斷率高到80%以上，且氫氣產量可提高近5倍。同時，採用混合阻斷劑時，鹼金屬碳酸鹽化合物比鹼金屬氫氧化物的比值(重量t匕)介於5 9之間時呈現出更加優良的阻斷性能。本發明提供的阻斷劑成分常見易得，性質穩定，不易變性，使用時材料摻入量低、阻斷率高，從而具有推廣的前景。
具體實施例方式實施方式I一種可以抑制超臨界水氣化反應中焦炭形成的阻斷劑，其具體組成如下由鹼金屬碳酸鹽化合物或鹼金屬氫氧化物構成，稱為單獨阻斷劑；由鹼金屬碳酸鹽化合物和鹼金屬氫氧化物混合構成，稱為混合阻斷劑；其中鹼金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ；鹼金屬氫氧化物為KOH或NaOH。實施方式2一種混合阻斷劑，由鹼金屬碳酸鹽化合物鹼金屬氫氧化物=5 9 (重量比)配比構成，其中鹼金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ；鹼金屬氫氧化物為KOH或NaOH。實施方式3阻斷劑在實現超臨界水氣化汙泥反應中抑制碳化反應的使用方法，在含水率為84. 1%的脫水汙泥中加入2% (重量百分比)的實施例I中所述單獨阻斷劑，混合均勻後，經超臨界水氣化反應實驗結果表明脫水汙泥含水率為84. 1%，在反應溫度為450°C，壓力為25 MPa,反應時間為30min的條件下進行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時降低36. 3 54. 2%，產物中焦炭含量低於10%，氫氣產量提高I. 42 I. 81倍。具體結果詳見表I。實施方式4與實施方式3不同的是，單獨阻斷劑(K2CO3或KOH或Na2CO3或NaOH中的任意一種)添加的量為8% (重量比)、實驗結果表明，脫水汙泥含水率為84. 1%，在反應溫度為450°C，壓力為25 MPa，反應時間為30min的條件下進行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時降低71. 7 83. 4%，產物中焦炭含量低於5%，氫氣產量提高4. 2 6. 5倍。具體結果詳見表I。實施方式5與實施方式4不同的是，採用混合阻斷劑，鹼金屬碳酸鹽化合物鹼金屬氫氧化物=5,添加的量為8% (重量比)、實驗結果表明，脫水汙泥含水率為84. 1%，在反應溫度為450°C，壓力為25 MPa，反應時間為30min的條件下進行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時降低70. 3 73. 4%，產物中焦炭含量低於5%，氫氣產量提高4. 7 5. 6倍。具體結果詳見表2。實施方式6與實施方式4不同的是，採用混合阻斷劑，即鹼金屬碳酸鹽化合物鹼金屬氫氧化物=9,添加的量為8% (重量比)、實驗結果表明，脫水汙泥含水率為84. 1%，在反應溫度為450°C，壓力為25 MPa，反應時間為30min的條件下進行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時降低74. 9 76. 8%，產物中焦炭含量低於5%，氫氣產量提高4. 3 5. 9倍。具體結果詳見表2。表I單獨催化劑抑制焦炭及催化產氫的效果
權利要求
1.一種超臨界水氣化反應中碳化反應的阻斷劑，其特徵在於 由鹼金屬碳酸鹽化合物或鹼金屬氫氧化物構成，稱為單獨阻斷劑； 由鹼金屬碳酸鹽化合物和鹼金屬氫氧化物混合構成，稱為混合阻斷劑； 其中所述鹼金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ； 所述鹼金屬氫氧化物為KOH或NaOH。
2.根據權利要求I所述阻斷劑，其特徵在於所述混合阻斷劑，以鹼金屬碳酸鹽化合物鹼金屬氫氧化物重量比5 9配比。
3.權利要求I或2中所述阻斷劑在超臨界水氣化反應中抑制碳化反應的應用。
4.ー種採用權利要求I或2中所述阻斷劑實現超臨界水氣化汙泥反應中抑制碳化反應的使用方法，其特徵在幹在汙泥中按重量比2% 8%添加所述阻斷劑，混合均勻，然後再一併進行超臨界水氣化反應。
5.根據權利要求4所述的阻斷劑使用方法，其特徵在於所述汙泥的含水量介於78 85%之間。
6.根據權利要求4或5所述的阻斷劑使用方法，其特徵在於超臨界水氣化反應的條件為為450°C，壓カ為25 MPa，反應時間為30min的條件下。
全文摘要
本發明提供一種在超臨界水氣化反應中可以抑制碳化反應的阻斷劑，其由鹼金屬碳酸鹽化合物、鹼金屬氫氧化物構成或其混合物構成；其中，鹼金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3，鹼金屬氫氧化物為KOH或NaOH。用此阻斷劑可實現在超臨界水氣化反應中抑制碳化反應的作用。實驗證明，按重量比為2%～8%的阻斷劑加入含水率介於78～85%的高濃度汙泥中，均勻攪拌後進行超臨界水氣化反應，焦炭含量大幅降低，氫氣產量大幅上升；其中當阻斷劑加入量為6%時，焦炭阻斷率可高達80%以上，焦炭含量可低於3%，氫氣產量提高近5倍。從而解決了現有技術中存在的反應過程中形成焦炭影響氣化反應效率導致氫氣產量下降，及黏附在管壁上造成堵塞的問題。而且，本發明提供的阻斷劑成分常見易得，性質穩定，不易變性，使用時材料摻入量低、阻斷率高，從而具有推廣的前景。
文檔編號C10J3/00GK102730918SQ20121020541
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者張會文, 徐志榮, 朱偉, 龔淼 申請人:河海大學