專(zhuān)利名稱(chēng)：超臨界水氣化反應(yīng)中碳化反應(yīng)的阻斷劑及其應(yīng)用與使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于資源環(huán)境領(lǐng)域，具體涉及一種可以抑制超臨界水氣化反應(yīng)中焦炭形成的阻斷劑與應(yīng)用，及其在超臨界水氣化污泥中阻斷碳化反應(yīng)的使用方法。
背景技術(shù)：
由于能源危機(jī)及碳排放的問(wèn)題，生物質(zhì)能源越來(lái)越受研究者們的關(guān)注，其中超臨界水氣化產(chǎn)氫技術(shù)最為弓I人關(guān)注。目前，我國(guó)研究者們對(duì)超臨界水氣化產(chǎn)氫技術(shù)開(kāi)展了一系列的研究，如西安交通大學(xué)郭烈錦院士團(tuán)隊(duì)，山西煤炭研究所等，并取得了良好的氣化效果。但由于高濃度物料容易由于碳化反應(yīng)產(chǎn)生焦炭類(lèi)物質(zhì)，從而影響氣化反應(yīng)效率導(dǎo)致氫氣產(chǎn)量下降，并且結(jié)渣造成了連續(xù)式反應(yīng)器的堵塞，所以目前的研究都只停留在低濃度進(jìn) 料條件下。如專(zhuān)利號(hào)為02114529. 6的中國(guó)專(zhuān)利中所述當(dāng)有機(jī)物進(jìn)料濃度為I 3 wt%，雖然通過(guò)連續(xù)式反應(yīng)器極大的提高了超臨界水氣化反應(yīng)效率，但是由于反應(yīng)物含固率極低，處理效率很難得到進(jìn)一步的提升；專(zhuān)利號(hào)為200510041633. 8的中國(guó)專(zhuān)利提供一種對(duì)煤和生物質(zhì)共同進(jìn)行超臨界水氣化產(chǎn)氫的方法，但依然是低進(jìn)料濃度介于I. 0 5. 0 wt%之間。而專(zhuān)利號(hào)為200710017691. 6的中國(guó)專(zhuān)利通過(guò)部分氧化方式及流化床反應(yīng)器解決了煤與有機(jī)質(zhì)混合物的堵塞問(wèn)題。所以，如何解決超臨界水氣化反應(yīng)中碳化反應(yīng)的抑制問(wèn)題已成為超臨界水氣化產(chǎn)氫技術(shù)研究中急需解決的問(wèn)題。另外，目前在我國(guó)關(guān)于超臨界水處理污泥的專(zhuān)利或?qū)＠暾?qǐng)有8個(gè)，專(zhuān)利號(hào)或?qū)＠暾?qǐng)?zhí)柗謩e是“98120547. X”、“200710126149. 4”、“200810063091. 8”、“200810060553. O”、“200910022849. 8”、“200910022342. 2”、“200910024282. 8”、“200910218773. 6”。上述專(zhuān)利
限于超臨界水處理污泥時(shí)的設(shè)備、方法和工藝，對(duì)于脫水污泥在超臨界水氣化過(guò)程中因高濃度物料而造成的碳化反應(yīng)的解決方法，尚未見(jiàn)到報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的超臨界水氣化反應(yīng)中碳化反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生大量焦炭類(lèi)物質(zhì)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可以抑制超臨界水氣化反應(yīng)中焦炭形成的阻斷劑與應(yīng)用，及其在超臨界水氣化污泥中阻斷碳化反應(yīng)的使用方法。技術(shù)方案針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可以抑制超臨界水氣化反應(yīng)中焦炭形成的阻斷劑，其具體組成如下由堿金屬碳酸鹽化合物或堿金屬氫氧化物構(gòu)成，稱(chēng)為單獨(dú)阻斷劑；由堿金屬碳酸鹽化合物和堿金屬氫氧化物混合構(gòu)成，稱(chēng)為混合阻斷劑；其中所述堿金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ； 所述堿金屬氫氧化物為KOH或NaOH。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述混合阻斷劑，以堿金屬碳酸鹽化合物堿金屬氫氧化物重量比5 9配比，此時(shí)阻斷效果更好。本發(fā)明還提供上述阻斷劑在超臨界水氣化反應(yīng)中抑制碳化反應(yīng)的應(yīng)用。同時(shí)本發(fā)明還提供上述阻斷劑在實(shí)現(xiàn)超臨界水氣化污泥反應(yīng)中抑制碳化反應(yīng)的使用方法在污泥中按重量比2% 8%添加所述阻斷劑，混合均勻，然后再一并進(jìn)行超臨界水氣化反應(yīng)。上述阻斷劑的使用方法可用于含水量介于78 85%之間的高濃度污泥。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，污泥超臨界水氣化反應(yīng)的條件為為450°C，壓力為25MPa，反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下。有益效果 利用本發(fā)明提供的阻斷劑，可有效抑制超臨界水氣化反應(yīng)中的碳化反應(yīng)，大幅降低反應(yīng)中焦炭類(lèi)物質(zhì)的含量，理論上阻斷率高達(dá)90%以上，由于焦炭類(lèi)物質(zhì)的減少，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的反應(yīng)過(guò)程中形成焦炭影響氣化反應(yīng)效率導(dǎo)致氫氣產(chǎn)量下降，及黏附在管壁上造成堵塞的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明，在阻斷劑的摻入量為2% 8%之間時(shí)，可有效的阻斷超臨界水直接脫水污泥中的碳化反應(yīng)，尤其當(dāng)阻斷劑摻入量為6%時(shí)，產(chǎn)物中焦炭含量低于3%，焦炭阻斷率高到80%以上，且氫氣產(chǎn)量可提高近5倍。同時(shí)，采用混合阻斷劑時(shí)，堿金屬碳酸鹽化合物比堿金屬氫氧化物的比值(重量t匕)介于5 9之間時(shí)呈現(xiàn)出更加優(yōu)良的阻斷性能。本發(fā)明提供的阻斷劑成分常見(jiàn)易得，性質(zhì)穩(wěn)定，不易變性，使用時(shí)材料摻入量低、阻斷率高，從而具有推廣的前景。
具體實(shí)施例方式實(shí)施方式I一種可以抑制超臨界水氣化反應(yīng)中焦炭形成的阻斷劑，其具體組成如下由堿金屬碳酸鹽化合物或堿金屬氫氧化物構(gòu)成，稱(chēng)為單獨(dú)阻斷劑；由堿金屬碳酸鹽化合物和堿金屬氫氧化物混合構(gòu)成，稱(chēng)為混合阻斷劑；其中堿金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ；堿金屬氫氧化物為KOH或NaOH。實(shí)施方式2一種混合阻斷劑，由堿金屬碳酸鹽化合物堿金屬氫氧化物=5 9 (重量比)配比構(gòu)成，其中堿金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ；堿金屬氫氧化物為KOH或NaOH。實(shí)施方式3阻斷劑在實(shí)現(xiàn)超臨界水氣化污泥反應(yīng)中抑制碳化反應(yīng)的使用方法，在含水率為84. 1%的脫水污泥中加入2% (重量百分比)的實(shí)施例I中所述單獨(dú)阻斷劑，混合均勻后，經(jīng)超臨界水氣化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明脫水污泥含水率為84. 1%，在反應(yīng)溫度為450°C，壓力為25 MPa,反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下進(jìn)行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時(shí)降低36. 3 54. 2%，產(chǎn)物中焦炭含量低于10%，氫氣產(chǎn)量提高I. 42 I. 81倍。具體結(jié)果詳見(jiàn)表I。實(shí)施方式4與實(shí)施方式3不同的是，單獨(dú)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫水污泥含水率為84. 1%，在反應(yīng)溫度為450°C，壓力為25 MPa，反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下進(jìn)行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時(shí)降低71. 7 83. 4%，產(chǎn)物中焦炭含量低于5%，氫氣產(chǎn)量提高4. 2 6. 5倍。具體結(jié)果詳見(jiàn)表I。實(shí)施方式5與實(shí)施方式4不同的是，采用混合阻斷劑，堿金屬碳酸鹽化合物堿金屬氫氧化物=5,添加的量為8% (重量比)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫水污泥含水率為84. 1%，在反應(yīng)溫度為450°C，壓力為25 MPa，反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下進(jìn)行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時(shí)降低70. 3 73. 4%，產(chǎn)物中焦炭含量低于5%，氫氣產(chǎn)量提高4. 7 5. 6倍。具體結(jié)果詳見(jiàn)表2。實(shí)施方式6與實(shí)施方式4不同的是，采用混合阻斷劑，即堿金屬碳酸鹽化合物堿金屬氫氧化物=9,添加的量為8% (重量比)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，脫水污泥含水率為84. 1%，在反應(yīng)溫度為450°C，壓力為25 MPa，反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下進(jìn)行直接超臨界水氣化處理，焦炭含量相比未摻入時(shí)降低74. 9 76. 8%，產(chǎn)物中焦炭含量低于5%，氫氣產(chǎn)量提高4. 3 5. 9倍。具體結(jié)果詳見(jiàn)表2。表I單獨(dú)催化劑抑制焦炭及催化產(chǎn)氫的效果
權(quán)利要求
1.一種超臨界水氣化反應(yīng)中碳化反應(yīng)的阻斷劑，其特征在于 由堿金屬碳酸鹽化合物或堿金屬氫氧化物構(gòu)成，稱(chēng)為單獨(dú)阻斷劑； 由堿金屬碳酸鹽化合物和堿金屬氫氧化物混合構(gòu)成，稱(chēng)為混合阻斷劑； 其中所述堿金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3 ； 所述堿金屬氫氧化物為KOH或NaOH。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述阻斷劑，其特征在于所述混合阻斷劑，以堿金屬碳酸鹽化合物堿金屬氫氧化物重量比5 9配比。
3.權(quán)利要求I或2中所述阻斷劑在超臨界水氣化反應(yīng)中抑制碳化反應(yīng)的應(yīng)用。
4.ー種采用權(quán)利要求I或2中所述阻斷劑實(shí)現(xiàn)超臨界水氣化污泥反應(yīng)中抑制碳化反應(yīng)的使用方法，其特征在干在污泥中按重量比2% 8%添加所述阻斷劑，混合均勻，然后再一并進(jìn)行超臨界水氣化反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻斷劑使用方法，其特征在于所述污泥的含水量介于78 85%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的阻斷劑使用方法，其特征在于超臨界水氣化反應(yīng)的條件為為450°C，壓カ為25 MPa，反應(yīng)時(shí)間為30min的條件下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在超臨界水氣化反應(yīng)中可以抑制碳化反應(yīng)的阻斷劑，其由堿金屬碳酸鹽化合物、堿金屬氫氧化物構(gòu)成或其混合物構(gòu)成；其中，堿金屬碳酸鹽化合物為K2CO3或Na2CO3，堿金屬氫氧化物為KOH或NaOH。用此阻斷劑可實(shí)現(xiàn)在超臨界水氣化反應(yīng)中抑制碳化反應(yīng)的作用。實(shí)驗(yàn)證明，按重量比為2%～8%的阻斷劑加入含水率介于78～85%的高濃度污泥中，均勻攪拌后進(jìn)行超臨界水氣化反應(yīng)，焦炭含量大幅降低，氫氣產(chǎn)量大幅上升；其中當(dāng)阻斷劑加入量為6%時(shí)，焦炭阻斷率可高達(dá)80%以上，焦炭含量可低于3%，氫氣產(chǎn)量提高近5倍。從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的反應(yīng)過(guò)程中形成焦炭影響氣化反應(yīng)效率導(dǎo)致氫氣產(chǎn)量下降，及黏附在管壁上造成堵塞的問(wèn)題。而且，本發(fā)明提供的阻斷劑成分常見(jiàn)易得，性質(zhì)穩(wěn)定，不易變性，使用時(shí)材料摻入量低、阻斷率高，從而具有推廣的前景。
文檔編號(hào)C10J3/00GK102730918SQ20121020541
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者張會(huì)文, 徐志榮, 朱偉, 龔淼 申請(qǐng)人:河海大學(xué)