專利名稱：生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種甲烷的制取方法，更具體地說是一種以生物質(zhì)為原料，在超臨界水條件下，采用部分氧化法制取甲烷的方法。
背景技術(shù)：
我國的化石能源結(jié)構(gòu)是以生物質(zhì)為主、石油和天然氣為輔，這是由于各種化石能 源的貯藏量的不同而造成的。目前為止，已探明的生物質(zhì)炭儲量為1.5萬億噸，按年采20 億噸，可開采750年，而石油儲量為16000萬噸，僅占世界總量的3%左右，可開采年限只有 20. 6年；天然氣的消費僅占2. 1%。我國生物質(zhì)的貯量相當(dāng)巨大，作為潛在的物質(zhì)資源寶庫是人類未來的能量、食物 和化學(xué)原料的重要來源。中國是僅次于美國的全球第二大能源消費大國，也是世界第二大 二氧化碳排放國。隨著石油、生物質(zhì)炭等化石資源的日益枯竭，在當(dāng)前大力發(fā)展多元能源 的形勢下，如何利用以碳和氫為主要成分的生物質(zhì)資源(包括林林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、畜 禽糞便等)制取CH4替代天然氣和作為化工原料，改善我國的能源消費結(jié)構(gòu)，既有效利用 資源，又發(fā)展?jié)崈裟茉?，實現(xiàn)能源的有效替代并同時解決環(huán)境問題，是當(dāng)前的研究重點和熱 點ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲 烷的系統(tǒng)和方法，以生物質(zhì)為原料，在超臨界水條件下，采用部分氧化法，將生物質(zhì)中所含 的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn)為化小分子的甲烷、CO、H2等，實現(xiàn)生物質(zhì)能的開發(fā)利用和天然氣 的替代，在得到清潔能源的同時減排二氧化碳。實現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的系統(tǒng)，包括高壓柱塞泵、輸送管道、超臨界反 應(yīng)器、冷凝器和氣液分離器，高壓柱塞泵、超臨界反應(yīng)器、冷凝器和氣液分離器通過輸送管 道依次連接，所述超臨界反應(yīng)器內(nèi)裝有加熱器。上述技術(shù)方案中高壓柱塞泵對水或水和生物質(zhì)的混合物進(jìn)行加壓，加熱器用于啟 動加熱，用延長加熱時間的辦法減小所需的加熱功率，使進(jìn)入超臨界反應(yīng)器的水和生物質(zhì) 的混合物達(dá)到超臨界狀態(tài).。所述生物質(zhì)包括林木廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、畜禽糞便。所用的超臨界反應(yīng)器既可以是釜式反應(yīng)器，也可以是管式反應(yīng)器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述超臨界反應(yīng)器底部設(shè)有無機鹽分離系統(tǒng)，超臨界 反應(yīng)器底部還連接有管道和閥門。反應(yīng)過程中生成的無機鹽通過無機鹽分離系統(tǒng)進(jìn)行分離 出來，開啟閥門，可排放無機鹽，避免對設(shè)備的損壞。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述高壓柱塞泵、超臨界反應(yīng)器和冷凝器之間的輸 送管道上還設(shè)有換熱器，所述高壓柱塞泵的輸出口接換熱器的第一換熱通道，高壓柱塞泵輸出的水或水和生物質(zhì)混合物作為冷介質(zhì)輸入換熱器，換熱后的冷介質(zhì)輸入超臨界反應(yīng) 器；所述超臨界反應(yīng)器頂部的輸出口接換熱器的第二換熱通道，所述超臨界反應(yīng)器頂部輸 出高溫高壓狀態(tài)的汽氣混合物作為熱介質(zhì)輸入換熱器，換熱后的熱介質(zhì)輸入氣液分離器。 換熱器的設(shè)置可以使超臨界反應(yīng)器產(chǎn)生的氣液混合物和高壓柱塞泵輸出的水和生物質(zhì)混 合物進(jìn)行熱交換，預(yù)熱水和生物質(zhì)混合物，節(jié)省加熱水和生物質(zhì)混合物至超臨界狀態(tài)所需 的能量。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述氧化劑壓力泵可以是柱塞泵或壓縮機。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，包括以下步驟(1)將生物質(zhì)和水輸入超臨界反應(yīng)器中，用高壓柱塞泵對進(jìn)入超臨界反應(yīng)器的水 或生物質(zhì)和水的混合物進(jìn)行加壓；(2)反應(yīng)器中充滿一定壓力的水后，啟動反應(yīng)器所帶的加熱器，將其內(nèi)的水靜態(tài)加 熱至設(shè)定的溫度，使其達(dá)到超臨界狀態(tài)；(3)當(dāng)反應(yīng)器的壓力至25 50Mpa，溫度至380 600°C時，啟動高壓柱塞泵1，調(diào) 節(jié)其流量，使之緩慢上升至額定流量3. 2L/h ；(4)超臨界水與生物質(zhì)在反應(yīng)器3內(nèi)停留30 150min，使生物質(zhì)中所含的大分子 碳混合物經(jīng)反應(yīng)重整為小分子甲烷及C0、H2等，同時產(chǎn)生的無機鹽沉積于反應(yīng)器3的底部； 此時超臨界水既是反應(yīng)介質(zhì)又時反應(yīng)物；(5)生物質(zhì)的重整反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從反應(yīng)器頂部出來的高溫高壓狀態(tài)的汽氣混 合物經(jīng)冷凝器冷凝后再進(jìn)行氣液分離，經(jīng)氣液分離后出來的氣體即為以甲烷為主的氣體， 出來的液體即為冷凝水。本方法中所用的超臨界反應(yīng)器既可以是釜式反應(yīng)器，也可以是管式反應(yīng)器；生產(chǎn) 過程既可以是間歇式的，也可以是連續(xù)式的。作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟(4)中進(jìn)一步包括下列步驟(41)間歇啟閉反應(yīng)器底部的兩只閥門，采用外加自來水的方法，從反應(yīng)器的底部 將反應(yīng)過程中產(chǎn)生的無機鹽進(jìn)行分離。作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(4)中進(jìn)一步包括下列步驟(42)對超臨界反應(yīng)器輸入經(jīng)加壓和加熱的氧化劑。由于生物質(zhì)的品種不同或生物 質(zhì)與水的比例不同，當(dāng)反應(yīng)所需的氧化劑供應(yīng)不足時，在反應(yīng)器中加入氧化劑。所用的氧化 劑是雙氧水、液氧、富氧空氣、空氣、高錳酸鉀溶液或氯化鉀溶液。作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟(5)中進(jìn)一步包括下列步驟(51)生物質(zhì)的重整反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從反應(yīng)器頂部出來的是處于高溫高壓狀態(tài)的 汽氣混合物。為了節(jié)能，先將汽氣混合物和加壓后的水或水生物質(zhì)混合物進(jìn)行換熱，利用其 熱量對加壓后的水進(jìn)行預(yù)熱，換熱后的汽氣混合物再進(jìn)行氣液分離。本發(fā)明提供了一種在超臨界水條件下，以生物質(zhì)為原料制取甲烷的方法，可根據(jù) 所用生物質(zhì)的品種，通過調(diào)節(jié)操作過程的壓力、溫度和氧化劑的當(dāng)量等工藝條件調(diào)節(jié)產(chǎn)氣 量和氣體的組成，并視情況需要與否決定是否添加催化劑。采用本發(fā)明處理后，可利用低品 位的生物質(zhì)資源制取高熱值城市生物質(zhì)氣和替代天然氣，在實現(xiàn)廢棄資源有效利用的同時 得到了高熱值的清潔能源，為減排二氧化碳做了了貢獻(xiàn)，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


圖1為本發(fā)明實施例1生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖其中1_高壓柱塞泵；2-換熱器；3-超臨界反應(yīng)器；4-冷凝器；5-氣液分離器；6-氧化劑加壓泵；7-氧化劑加熱器；8-輸送管道；9-加熱器。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例做進(jìn)一步說明。實施例1如圖1所示，生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的系統(tǒng)，包括高壓柱塞泵1、輸送 管道8、超臨界反應(yīng)器3、冷凝器4和氣液分離器5，高壓柱塞泵1、超臨界反應(yīng)器3、冷凝器4 和氣液分離器5通過輸送管道8依次連接。超臨界反應(yīng)器3內(nèi)裝有加熱器9。在高壓柱塞 泵1、超臨界反應(yīng)器3和冷凝器4之間的輸送管道上還設(shè)有換熱器2。高壓柱塞泵1的輸出 口接換熱器2的第一換熱通道，高壓柱塞泵1輸出的水或水與生物質(zhì)混合物作為冷介質(zhì)輸 入換熱器2，換熱后的冷介質(zhì)輸入超臨界反應(yīng)器3 ；超臨界反應(yīng)器3頂部的輸出口接換熱器 的第二換熱通道，超臨界反應(yīng)器3頂部輸出高溫高壓狀態(tài)的汽氣混合物作為熱介質(zhì)輸入換 熱器2，換熱后的熱介質(zhì)輸入冷凝器4。氧化劑柱塞泵6的輸出口接氧化劑加熱器7的輸入 口，氧化劑加熱器7的輸出口接超臨界反應(yīng)器3。首先將家具加工過程產(chǎn)生的廢棄刨花或鋸末置于超臨界反應(yīng)器3中，由柱塞泵1 將水加壓后，經(jīng)換熱器2換熱后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器3。在反應(yīng)器3內(nèi)由其自帶的加熱器加熱 并發(fā)生反應(yīng)，從反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2換熱后由冷凝器4冷凝，進(jìn)入氣 液分離器5進(jìn)行氣液分離，分別得到氣體產(chǎn)物和水。反應(yīng)器3的底部設(shè)有無機鹽分離系統(tǒng)， 定時間歇性開啟閥門Vl和V2，可排放無機鹽，避免對設(shè)備的損壞。一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，包括以下步驟(1)將家具生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄刨花或鋸末置于超臨界反應(yīng)器3中，密封；(2) 一定流量的水A經(jīng)過柱塞泵1加壓，通過換熱器2后進(jìn)入反應(yīng)器3 ；(3)關(guān)閉反應(yīng)器出口閥，在釜式反應(yīng)器3中有一定量的水后，關(guān)閉柱塞泵1，用加熱 器對水進(jìn)行靜態(tài)加熱；(4)當(dāng)反應(yīng)器3內(nèi)的壓力至30MPa，溫度至450°C時，開啟反應(yīng)器出口閥門；(5)啟動柱塞泵1，將由貯罐中來的水A加壓至30MPa，持續(xù)注入反應(yīng)器3，調(diào)節(jié)柱 塞泵1的流量，使之緩慢上升至額定流量；(6)水進(jìn)入反應(yīng)器3，停留一定的時間，使刨花中所含的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn)化 為小分子的甲烷、CO和H2，產(chǎn)生的無機鹽通過底部分離系統(tǒng)分離；(7)反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物進(jìn)入換熱器2對進(jìn)入的冷水進(jìn)行預(yù)熱，以充分 利用其熱量；然后經(jīng)過冷凝器4冷凝后進(jìn)入氣液分離器5，在氣液分離器5的頂部即可得到 富含甲烷的氣體產(chǎn)物；氣液分離器5底部出來的水可以循環(huán)再利用。實施例2如圖1所示，本例與實施例1基本相同，不同的是所用的原料為枯樹枝，由柱塞泵 1將水加壓，經(jīng)換熱器2換熱后進(jìn)入釜式超臨界反應(yīng)器3。在反應(yīng)器3內(nèi)由其自帶的加熱器加熱并發(fā)生反應(yīng)，從反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2換熱后由冷凝器4冷凝，進(jìn) 入氣液分離器5進(jìn)行氣液分離，分別得到氣體產(chǎn)物和水。反應(yīng)器3的底部設(shè)有無機鹽分離 系統(tǒng)，定時間歇性開啟閥門Vl和V2，可排放無機鹽，避免對設(shè)備的損壞。一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，包括以下步驟(1)將枯樹枝裝入釜式反應(yīng)器3，密封；(2) 一定流量的水經(jīng)過柱塞泵1加壓，通過換熱器2后進(jìn)入反應(yīng)器3 ；(3)關(guān)閉反應(yīng)器出口閥，在釜式超臨界反應(yīng)器3中有一定量的水后，關(guān)閉柱塞泵1， 用加熱器對水進(jìn)行靜態(tài)加熱；(3)當(dāng)反應(yīng)器3內(nèi)的壓力至35MPa，溫度至480°C時，開啟反應(yīng)器出口閥門；(4)啟動柱塞泵1，將由貯罐中來的水A加壓至35MPa，持續(xù)注入反應(yīng)器3，調(diào)節(jié)柱 塞泵的流量，使之緩慢上升至額定流量；(5)水進(jìn)入反應(yīng)器3，停留一定的時間，使枯樹枝中所含的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn) 化為小分子的甲烷、CO和H2，產(chǎn)生的無機鹽通過底部分離系統(tǒng)分離；(6)反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物進(jìn)入換熱器2對進(jìn)入的冷水進(jìn)行預(yù)熱，以充分 利用其熱量；然后經(jīng)過冷凝器4冷凝后進(jìn)入氣液分離器5，在氣液分離器5的頂部即可得到 富含甲烷的氣體產(chǎn)物；氣液分離器5底部出來的水可以循環(huán)再利用。實施例3如圖1所示，本實例與實例1基本相同，不同的是由于所用的原料為木棒，由柱塞 泵1將水加壓，經(jīng)換熱器2換熱后進(jìn)入釜式超臨界反應(yīng)器3。在反應(yīng)器3內(nèi)由其自帶的加熱 器加熱并發(fā)生反應(yīng)，從反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2換熱后由冷凝器4冷凝， 進(jìn)入氣液分離器5進(jìn)行氣液分離，分別得到氣體產(chǎn)物和水。反應(yīng)器3的底部設(shè)有無機鹽分 離系統(tǒng)，定時間歇性開啟閥門Vl和V2，可排放無機鹽，避免對設(shè)備的損壞。由于木棒相對比 較致密，在超臨界反應(yīng)器3中反應(yīng)時，單純由超臨界水作為氧化劑供應(yīng)不足，因此整個系統(tǒng) 增加了氧化劑柱塞泵6和氧化劑加熱器7，以便對系統(tǒng)補充氧化劑。。一種生物質(zhì)超臨界水 部分氧化法制甲烷的方法，包括以下步驟(1)首先將廢棄不用的木材加成工IOX 10X 50mm的小棒，放置于釜式超臨界反應(yīng) 器3內(nèi)，密封；(2) 一定流量的水A經(jīng)過柱塞泵1加壓，通過換熱器2后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器3 ；(3)關(guān)閉反應(yīng)器3的出口閥，在釜式反應(yīng)器3中有一定量的水后，關(guān)閉柱塞泵，用反 應(yīng)器3自帶的加熱器對水進(jìn)行靜態(tài)加熱；(4)當(dāng)反應(yīng)器3內(nèi)的壓力至45MPa，溫度至550°C時，開啟反應(yīng)器3的出口閥門；(5)啟動柱塞泵1，將水加壓至45MPa，持續(xù)注入反應(yīng)器3，調(diào)節(jié)柱塞泵1的流量，使 之緩慢上升至額定流量；(6)水進(jìn)入反應(yīng)器3，停留一定的時間，使木棒中所含的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn)為甲烷、CO和H2等小分子氣體，從反應(yīng)器3的頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2對冷水進(jìn)行 預(yù)熱后，經(jīng)冷凝器4冷凝后進(jìn)入氣液分離器5，在頂部得到氣體產(chǎn)物，底部得到可循環(huán)使用 的水。反應(yīng)過程中生成的無機鹽通過反應(yīng)器3底部的分離系統(tǒng)進(jìn)行分離；(7)由于木棒比較致密，僅靠超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)會出現(xiàn)氧化劑不足，重整反應(yīng) 無法得到預(yù)期產(chǎn)物，因此采用氧化劑柱塞泵6和加熱器7，對系統(tǒng)補充雙氧水。如果補充的氧化劑量較少，則加熱器7無須啟用。實施例4如圖1所示，本實例與實例3基本相同，不同的是氧化劑為液態(tài)氧氣。一種超臨界水條件下生物質(zhì)制甲烷的方法，包括以下步驟(1)首先將廢棄不用的木材加成工IOX 10X 50mm的小棒，放置于釜式超臨界反應(yīng)器3內(nèi)，密封；(2) 一定流量的水A經(jīng)過柱塞泵1加壓，通過換熱器2后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器3 ；(3)關(guān)閉反應(yīng)器3的出口閥，在釜式反應(yīng)器3中有一定量的水后，關(guān)閉柱塞泵，用反 應(yīng)器3自帶的加熱器對水進(jìn)行靜態(tài)加熱；(4)當(dāng)反應(yīng)器3內(nèi)的壓力至45MPa，溫度至550°C時，開啟反應(yīng)器3的出口閥門；(5)啟動柱塞泵1，將水加壓至45MPa，持續(xù)注入反應(yīng)器3，調(diào)節(jié)柱塞泵1的流量，使 之緩慢上升至額定流量；(6)水進(jìn)入反應(yīng)器3，停留一定的時間，使木棒中所含的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn)為 甲烷、CO和H2等小分子氣體，從反應(yīng)器3的頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2對冷水進(jìn)行 預(yù)熱后，經(jīng)冷凝器4冷凝后進(jìn)入氣液分離器5，在頂部得到氣體產(chǎn)物，底部得到可循環(huán)使用 的水。反應(yīng)過程中生成的無機鹽通過反應(yīng)器3底部的分離系統(tǒng)進(jìn)行分離；(7)由于木棒比較致密，僅靠超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)會出現(xiàn)氧化劑不足，重整反應(yīng) 無法得到預(yù)期產(chǎn)物，因此采用氧化劑柱塞泵6和加熱器7，對系統(tǒng)補充液態(tài)氧；如果補充的 氧化劑量較少，則加熱器7無須啟用。實施例5如圖1所示，本實例與實例3基本相同，不同的是氧化劑為高錳酸鉀溶液。，包括以 下步驟(1)首先將廢棄不用的木材加成工IOX 10X 50mm的小棒，放置于釜式超臨界反應(yīng) 器3內(nèi)；一定流量的水A經(jīng)過柱塞泵1加壓，通過換熱器2后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器3 ；(2)關(guān)閉反應(yīng)器3的出口閥，在釜式反應(yīng)器3中有一定量的水后，關(guān)閉柱塞泵，用反 應(yīng)器3自帶的加熱器對水進(jìn)行靜態(tài)加熱；(3)當(dāng)反應(yīng)器3內(nèi)的壓力至45MPa，溫度至550°C時，開啟反應(yīng)器3的出口閥門；(4)啟動柱塞泵1，將水加壓至45MPa，持續(xù)注入反應(yīng)器3，調(diào)節(jié)柱塞泵1的流量，使 之緩慢上升至額定流量；(5)水進(jìn)入反應(yīng)器3，停留一定的時間，使木棒中所含的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn)為 甲烷、CO和H2等小分子氣體，從反應(yīng)器3的頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2對冷水進(jìn)行 預(yù)熱后，經(jīng)冷凝器4冷凝后進(jìn)入氣液分離器5，在頂部得到氣體產(chǎn)物，底部得到可循環(huán)使用 的水。反應(yīng)過程中生成的無機鹽通過反應(yīng)器3底部的分離系統(tǒng)進(jìn)行分離；(6)由于木棒比較致密，僅靠超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)會出現(xiàn)氧化劑不足，重整反應(yīng) 無法得到預(yù)期產(chǎn)物，因此采用氧化劑柱塞泵6和加熱器7，對系統(tǒng)補充高錳酸鉀溶液；如果 補充的氧化劑量較少，加熱器7可以無須啟用。實施例6如圖1所示，一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的連續(xù)式系統(tǒng)，將畜禽糞便 與水按混合攪勻，用柱塞泵1將其加壓后，經(jīng)換熱器2換熱后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器3。在反應(yīng)器3內(nèi)由其自帶的加熱器加熱并發(fā)生反應(yīng)，從反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物經(jīng)換熱器2換熱后由冷凝器4冷凝，進(jìn)入氣液分離器5進(jìn)行氣液分離，分別得到氣體產(chǎn)物和水。反應(yīng)器 3的底部設(shè)有無機鹽分離系統(tǒng)，定時間歇性開啟閥門Vl和V2，可排放無機鹽，避免對設(shè)備的 損壞。一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，包括以下步驟(1)將畜禽糞便與水混合后，經(jīng)過柱塞泵1加壓，通過換熱器2后進(jìn)入反應(yīng)器3 ；(2)關(guān)閉反應(yīng)器出口閥，在釜式反應(yīng)器3中有一定量的混合液后，關(guān)閉柱塞泵1，用 加熱器對其進(jìn)行靜態(tài)加熱；(3)當(dāng)反應(yīng)器3內(nèi)的壓力至30MPa，溫度至450°C時，開啟反應(yīng)器出口閥門；(4)啟動柱塞泵1，將由貯罐中來的混合液A加壓至30MPa，持續(xù)注入反應(yīng)器3，調(diào) 節(jié)柱塞泵1的流量，使之緩慢上升至額定流量；(5)水進(jìn)入反應(yīng)器3，停留一定的時間，使畜禽糞便中所含的大分子碳混合物重整 轉(zhuǎn)化為小分子的甲烷、CO和H2，產(chǎn)生的無機鹽通過底部分離系統(tǒng)分離；(6)反應(yīng)器3頂部出來的氣汽混合物進(jìn)入換熱器2對進(jìn)入的冷水進(jìn)行預(yù)熱，以充分 利用其熱量；然后經(jīng)過冷凝器4冷凝后進(jìn)入氣液分離器5，在氣液分離器5的頂部即可得到 富含甲烷的氣體產(chǎn)物；氣液分離器5底部出來的水可以循環(huán)再利用。
權(quán)利要求
一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括高壓柱塞泵(1)、輸送管道(8)、超臨界反應(yīng)器(3)、冷凝器(4)和氣液分離器(5)，高壓柱塞泵(1)、超臨界反應(yīng)器(3)、冷凝器(4)和氣液分離器(5)通過輸送管道(8)依次連接；超臨界反應(yīng)器(3)內(nèi)裝有加熱器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述超臨界反應(yīng)器(3)底部設(shè)有無機鹽分離系統(tǒng)，超臨界反應(yīng)器(3)底部還連接有輸送 管道(8)和閥門(V)0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在 于，在所述高壓柱塞泵(1)、超臨界反應(yīng)器(3)和冷凝器(4)之間的輸送管道(8)上還設(shè)有 換熱器(2)，所述高壓柱塞泵(1)的輸出口接換熱器的第一換熱通道，高壓柱塞泵(1)輸出 的水或水和生物質(zhì)混合物作為冷介質(zhì)輸入換熱器(2)，經(jīng)換熱后的水或水和生物質(zhì)混合物 輸入超臨界反應(yīng)器(3)；所述超臨界反應(yīng)器(3)頂部的輸出口接換熱器的第二換熱通道，所 述超臨界反應(yīng)器(3)頂部輸出高溫高壓狀態(tài)的汽氣混合物作為熱介質(zhì)輸入換熱器(2)，換 熱后的熱介質(zhì)輸入冷凝器(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在 于，所述生產(chǎn)系統(tǒng)中還設(shè)有氧化劑壓力泵(6)和氧化劑加熱器(7)，所述氧化劑壓力泵(6) 的輸出口接氧化劑加熱器(7)的輸入口，氧化劑加熱器(7)的輸出口接超臨界反應(yīng)器(3)。
5.一種生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，其特征是，該方法包括以下步驟(1)將生物質(zhì)和水輸入超臨界反應(yīng)器中，用高壓柱塞泵對進(jìn)入超臨界反應(yīng)器的水或生 物質(zhì)和水的混合物進(jìn)行加壓；(2)反應(yīng)器中充滿一定壓力的水后，啟動反應(yīng)器所帶的加熱器，將其內(nèi)的水靜態(tài)加熱至 設(shè)定的溫度，使其達(dá)到超臨界狀態(tài)；(3)當(dāng)反應(yīng)器的壓力至25 50MPa，溫度至380 600°C時，啟動高壓柱塞泵1，調(diào)節(jié)其 流量，使之緩慢上升至額定流量3. 2L/h ；(4)超臨界水與生物質(zhì)在反應(yīng)器3內(nèi)停留30 150min，使生物質(zhì)中所含的大分子碳混 合物經(jīng)反應(yīng)重整出小分子甲烷及CO、H2，同時產(chǎn)生的無機鹽沉積于反應(yīng)器3的底部；(5)生物質(zhì)的重整反應(yīng)為放熱反應(yīng)，從反應(yīng)器頂部出來的高溫高壓狀態(tài)的汽氣混合物 經(jīng)冷凝器冷凝后再進(jìn)行氣液分離，經(jīng)氣液分離后出來的氣體即為以甲烷為主的氣體，出來 的液體即為冷凝水。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，其特征是，上述 步驟(4)中進(jìn)一步包括下列步驟(41)間歇啟閉反應(yīng)器底部的兩只閥門，采用外加自來水的方法，從反應(yīng)器的底部將反 應(yīng)過程中產(chǎn)生的無機鹽進(jìn)行分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，其特征是，所述 步驟(4)中進(jìn)一步包括下列步驟(42)對超臨界反應(yīng)器輸入經(jīng)加壓或加熱和加熱的氧化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，其特征是，上述 步驟(5)中進(jìn)一步包括下列步驟(51)將反應(yīng)器輸出的汽氣混合物和加壓后的水或水和生物質(zhì)的混合液進(jìn)行換熱，利用其熱量對加壓后的水或水和生物質(zhì)的混合液進(jìn)行預(yù)熱，換熱后的汽氣混合物再進(jìn)行冷凝。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，其特征是，所述 步驟(1)中具體包括11)先將一定量的固態(tài)不易粉碎生物質(zhì)裝入超臨界反應(yīng)器內(nèi)(3)，水 經(jīng)過柱塞泵(1)加壓后注入超臨界反應(yīng)器(3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的方法，其特征是，所述 步驟(1)中具體包括12)將易粉碎的生物質(zhì)與水的混合液經(jīng)過柱塞泵(1)加壓后，注入超 臨界反應(yīng)器(3)。
全文摘要
本發(fā)明公開了生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的系統(tǒng)和方法，生物質(zhì)超臨界水部分氧化法制甲烷的系統(tǒng)包括高壓柱塞泵、輸送管道、超臨界反應(yīng)器、冷凝器和氣液分離器，高壓柱塞泵、超臨界反應(yīng)器、冷凝器和氣液分離器通過輸送管道依次連接，所述超臨界反應(yīng)器內(nèi)裝有加熱器。以生物質(zhì)為原料，在超臨界水條件下，采用部分氧化法，將本發(fā)明生物質(zhì)中所含的大分子碳混合物重整轉(zhuǎn)為化小分子的甲烷、CO、H2等，實現(xiàn)生物質(zhì)能的開發(fā)利用和天然氣的替代，在得到清潔能源的同時減排二氧化碳。
文檔編號C10J3/46GK101818079SQ20101902602
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者廖傳華, 朱躍釗, 歐陽平凱, 武一鳴 申請人:南京工業(yè)大學(xué)