CN113387325A - 临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及临界流体反应系统中制氢技术领域，具体涉及临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法；包括以下步骤：S1、用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中，S2、用氩气转换反应器中的空气；本发明在添加钾盐的情况下，能够提高压力在临界点附近对气化效果和葡萄糖分解率，促进了水气转化反应，消耗了蒸汽重整反应中产生的一氧化碳，随着K/C的增加，CO2被吸收的越充分，气体组分中的H2含量越来越多，在温度为490℃‑510℃，反应压强为25MPa‑30MPa的条件下，产生的H2含量较高，在温度过高或过低，反而H2含量降低，同时，在压强过小或过大时，H2含量也会降低，从而在温度为490℃‑510℃，反应压强为25MPa‑30MPa的条件下，能够实现连续制高效氢。
Description
技术领域
本发明涉及临界流体反应系统中制氢技术领域，具体涉及临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法。
背景技术
随着人类社会的发展，人类对能源的需求量日益增加，而作为主要能源的煤、石油、天然气等矿物能源的贮量日益减少，而且在利用过程中排放的污染物对生态环境的造成的破坏日益严重，能源与环境问题已经成为当今世界普遍关注的两大问题。
随着国内石油、煤炭等储量的日益减少，如果没有适当的替代能源，势必会严重的影响到经济的长远发展，除了需要对常规能源资源进行高效、洁净的转化利用以外，也要对各种可再生能源资源的进行大力开发和研究。
氢能作为一种二次能源，不仅具有很高的能量密度(常温、常压条件下的平均燃烧热约为1.32X 105kJ/kg)，而且储运性能好，燃烧产物清洁无污染等优点，已成为公认的新一代替代能源。
生物质制氢作为氢的主要来源，具有很大的发展潜力。生物质是指在一定空间内，随时间而积累下来的全部的生物物质，它包括地球上生育或堆积的所有的生物有机体，如秸秆、薪材等。生物质能的最根本的来源是太阳能，绿色植物通过光合作用将一部分太阳能转化为化学能储存起来。绿色植物在其生长中吸收水和二氧化碳，与制氢中产生的二氧化碳在总量上实现了零增长，消除了产生“温室效应”的根源，但是传统的生物质制氢反应条件设置不合理，无法实现连续制高效氢的效果。
综上所述，研发临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，仍是临界流体反应系统中制氢技术领域中急需解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，本发明在添加钾盐的情况下，能够提高压力在临界点附近对气化效果和葡萄糖分解率，促进了水气转化反应，消耗了蒸汽重整反应中产生的一氧化碳，随着K/C的增加，CO2被吸收的越充分，气体组分中的H2含量越来越多，在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，产生的H2含量较高，在温度过高或过低，反而H2含量降低，同时，在压强过小或过大时，H2含量也会降低，从而在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，能够实现连续制高效氢。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，包括以下步骤：
S1、用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中。
S2、用氩气转换反应器中的空气。
S3、对反应器进行加热，并通过温度探测器和压力探测器，探测温度和压力变化。
S4、在温度和压力满足制备要求时，停止对反应器的加热。
S5、对产生的气体进行采集，并将气体收集到金属镀膜取气袋中。
S6、对收集的气体进行分析，并分析残液样品中的有机物浓度。
通过采用上述技术方案：本发明通过用氩气转换反应器中的空气，防止氧气对结果的影响，同时，避免使用色谱分析气体组分的时，氮气对分析结果的影响，在温度和压力满足制备要求时，能够实现连续制高效氢。
本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，在将生物质、褐煤和水加入到反应器中之前，对反应器进行试压，检查反应器是否存在漏水和漏气，试压压强为40MPa。
通过采用上述技术方案：本发明通过对反应器进行试压，可以有效的避免发生漏水和漏气的情况，保证在制备过程能够正常进行。
本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，在将生物质、褐煤和水加入到反应器中之前，对反应器进行烘干，使反应器内部干燥。
通过采用上述技术方案：本发明通过对反应器进行烘干，使反应器内部干燥，可以避免反应器内的杂质对反应造成影响，保证制备过程的正常运行。
本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，在反应器降温冷却至80℃以下，再将用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中。
通过采用上述技术方案：本发明通过在反应器降温冷却至80℃以下，再将用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中，可以有效的避免高温下加入，对反应器造成破坏。
本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，所述生物质为葡萄糖。
通过采用上述技术方案：本发明以葡萄糖为生物质，能够降低制备成本，同时，能够易于控制反应条件，易于制备氢。
本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，在对反应器进行加热前，向反应器内加入钾盐。
通过采用上述技术方案：本发明通过加入钾盐，能够提高葡萄糖的分解率，进而提高制氢率。
本发明进一步设置为：所述钾盐为钾石岩、钾盐镁矾、光卤石、硫酸镁石和氯化钾中的一种。
通过采用上述技术方案：本发明能够促进了水气转化反应，消耗了蒸汽重整反应中产生的一氧化碳，随着K/C的增加，CO2被吸收的越充分，气体组分中的H2含量越来越多。
本发明进一步设置为：在所述步骤S3中，所述温度为490℃-510℃，反应压强为10MPa-30MPa。
通过采用上述技术方案：本发明在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，产生的H2含量较高，在温度过高或过低，反而H2含量降低，同时，在压强过小或过大时，H2含量也会降低，从而在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，能够实现连续制高效氢。
本发明进一步设置为：在所述步骤5中，将气体收集到金属镀膜取气袋中后，用收集瓶收集残液，并将气袋和收集瓶遮光密封保存。
通过采用上述技术方案：本发明通过将气袋和收集瓶遮光密封保存，能够提高安全性，同时，也易于后续进行检测。
本发明进一步设置为：在收集残夜后，冷却反应器至250℃以下，用计量泵注入水进行冲洗，冲洗时间为10-12min。
通过采用上述技术方案：本发明冷却反应器至250℃以下，用计量泵注入水进行冲洗，冲洗时间为10-12min，能够实现及时的对反应器进行清洗，避免残夜干燥后粘附在反应器内，影响后续反应器的使用。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过用氩气转换反应器中的空气，防止氧气对结果的影响，同时，避免使用色谱分析气体组分的时，氮气对分析结果的影响，在添加钾盐的情况下，能够提高压力在临界点附近对气化效果和葡萄糖分解率，促进了水气转化反应，消耗了蒸汽重整反应中产生的一氧化碳，随着K/C的增加，CO2被吸收的越充分，气体组分中的H2含量越来越多，在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，产生的H2含量较高，在温度过高或过低，反而H2含量降低，同时，在压强过小或过大时，H2含量也会降低，从而在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，能够实现连续制高效氢。
附图说明
图1为临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
请参照图1所示，图1为临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法的流程图，临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，包括以下步骤：
步骤一、用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中。
步骤二、用氩气转换反应器中的空气。
步骤三、对反应器进行加热，并通过温度探测器和压力探测器，探测温度和压力变化。
步骤四、在温度和压力满足制备要求时，停止对反应器的加热。
步骤五、对产生的气体进行采集，并将气体收集到金属镀膜取气袋中。
步骤六、对收集的气体进行分析，并分析残液样品中的有机物浓度。
本发明进一步设置为：在所述步骤S1中，在将生物质、褐煤和水加入到反应器中之前，对反应器进行试压，检查反应器是否存在漏水和漏气，试压压强为40MPa。
在将生物质、褐煤和水加入到反应器中之前，对反应器进行烘干，使反应器内部干燥。
在反应器降温冷却至80℃以下，再将用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中。
生物质为葡萄糖。
在对反应器进行加热前，向反应器内加入钾盐。
钾盐为钾石岩。
温度为490℃，反应压强为25MPa。
将气体收集到金属镀膜取气袋中后，用收集瓶收集残液，并将气袋和收集瓶遮光密封保存。
在收集残夜后，冷却反应器至250℃以下，用计量泵注入水进行冲洗，冲洗时间为10min。
实施例2
本实施例所提供的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法大致和实施例1相同，其主要区别在于：
钾盐为钾盐镁矾。
温度为500℃，反应压强为30MPa；
用计量泵注入水进行冲洗，冲洗时间为11min。
实施例3
本实施例所提供的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法大致和实施例1相同，其主要区别在于：
钾盐为氯化钾。
温度为510℃，反应压强为30MPa；
用计量泵注入水进行冲洗，冲洗时间为12min。
性能测试
1、对葡萄糖分解情况进行测试：
测定步骤为：(1)、取20mL混合均匀的水样(或者适量的水样稀释至20mL)置于250ml磨口回流锥形瓶中，准确加入10mL重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢加入30mL硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀，加热回流2h(自开始沸腾时计时)；(2)、冷却后，用90ml水冲洗冷凝管壁，取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140ml，否则因酸度太大，滴定终点不明显；(3)、溶液再度冷却后，加3滴式亚铁灵指示液，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色既为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量；(4)、滴定水样的同时，取20.00mL重蒸馏水，按同样操作步骤作空白试验，记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，通过实验测定，可知在温度为490℃-510℃，反应压强为10MPa-30MPa的条件下，加入钾盐，能够有效的提升葡萄糖的分解率。
2、温度对气体组分的影响：
在其他条件不变的情况下，设置温度分别为450℃、500℃和550℃，测试结果如表1：
表1温度对气体组分影响测定结果
| H<sub>2</sub> | CO | CH<sub>4</sub> | C0<sub>2</sub> | |
| 450℃ | 42 | 50 | 6 | 2 |
| 500℃ | 60 | 20 | 11 | 9 |
| 550℃ | 45 | 35 | 15 | 5 |
由表1可知，在温度为500℃的条件下，气体组分中的H2含量较高。
3、压强对气体组分的影响：
在其他条件不变的情况下，设置压强分别为10MPa、25MPa和40MPa，测试结果如表2：
表2压强对气体组分影响测定结果
| H<sub>2</sub> | CO | CH<sub>4</sub> | C0<sub>2</sub> | |
| 10MPa | 30 | 35 | 25 | 10 |
| 25MPa | 45 | 30 | 23 | 2 |
| 40MPa | 41 | 35 | 23 | 1 |
由表2可知，在压强为25MPa的条件下，气体组分中的H2含量较高。
本发明通过用氩气转换反应器中的空气，防止氧气对结果的影响，同时，避免使用色谱分析气体组分的时，氮气对分析结果的影响，在添加钾盐的情况下，能够提高压力在临界点附近对气化效果和葡萄糖分解率，促进了水气转化反应，消耗了蒸汽重整反应中产生的一氧化碳，随着K/C的增加，CO2被吸收的越充分，气体组分中的H2含量越来越多，在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，产生的H2含量较高，在温度过高或过低，反而H2含量降低，同时，在压强过小或过大时，H2含量也会降低，从而在温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa的条件下，能够实现连续制高效氢。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中；
S2、用氩气转换反应器中的空气；
S3、对反应器进行加热，并通过温度探测器和压力探测器，探测温度和压力变化；
S4、在温度和压力满足制备要求时，停止对反应器的加热；
S5、对产生的气体进行采集，并将气体收集到金属镀膜取气袋中；
S6、对收集的气体进行分析，并分析残液样品中的有机物浓度。
2.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在将生物质、褐煤和水加入到反应器中之前，对反应器进行试压，检查反应器是否存在漏水和漏气，试压压强为40MPa。
3.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在将生物质、褐煤和水加入到反应器中之前，对反应器进行烘干，使反应器内部干燥。
4.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在反应器降温冷却至80℃以下，再将用计量泵将生物质、褐煤和水加入到反应器中。
5.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述生物质为葡萄糖。
6.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在对反应器进行加热前，向反应器内加入钾盐。
7.根据权利要求6所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，所述钾盐为钾石岩、钾盐镁矾、光卤石、硫酸镁石和氯化钾中的一种。
8.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述温度为490℃-510℃，反应压强为25MPa-30MPa。
9.根据权利要求1所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在所述步骤5中，将气体收集到金属镀膜取气袋中后，用收集瓶收集残液，并将气袋和收集瓶遮光密封保存。
10.根据权利要求9所述的临界流体反应系统中碱基金属碳封存与煤制氢催化连用技术方法，其特征在于，在收集残夜后，冷却反应器至250℃以下，用计量泵注入水进行冲洗，冲洗时间为10-12min。
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