[发明专利]生物质超临界水部分氧化法制甲烷的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种甲烷的制取方法，更具体地说是一种以生物质为原料，在超临界水条件下，采用部分氧化法制取甲烷的方法。

背景技术

我国的化石能源结构是以生物质为主、石油和天然气为辅，这是由于各种化石能源的贮藏量的不同而造成的。目前为止，已探明的生物质炭储量为1.5万亿吨，按年采20亿吨，可开采750年，而石油储量为16000万吨，仅占世界总量的3％左右，可开采年限只有20.6年；天然气的消费仅占2.1％。

我国生物质的贮量相当巨大，作为潜在的物质资源宝库是人类未来的能量、食物和化学原料的重要来源。中国是仅次于美国的全球第二大能源消费大国，也是世界第二大二氧化碳排放国。随着石油、生物质炭等化石资源的日益枯竭，在当前大力发展多元能源的形势下，如何利用以碳和氢为主要成分的生物质资源(包括林林废弃物、农业废弃物、畜禽粪便等)制取CH₄替代天然气和作为化工原料，改善我国的能源消费结构，既有效利用资源，又发展洁净能源，实现能源的有效替代并同时解决环境问题，是当前的研究重点和热点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种生物质超临界水部分氧化法制甲烷的系统和方法，以生物质为原料，在超临界水条件下，采用部分氧化法，将生物质中所含的大分子碳混合物重整转为化小分子的甲烷、CO、H₂等，实现生物质能的开发利用和天然气的替代，在得到清洁能源的同时减排二氧化碳。

实现上述发明目的的技术方案是：

生物质超临界水部分氧化法制甲烷的系统，包括高压柱塞泵、输送管道、超临界反应器、冷凝器和气液分离器，高压柱塞泵、超临界反应器、冷凝器和气液分离器通过输送管道依次连接，所述超临界反应器内装有加热器。

上述技术方案中高压柱塞泵对水或水和生物质的混合物进行加压，加热器用于启动加热，用延长加热时间的办法减小所需的加热功率，使进入超临界反应器的水和生物质的混合物达到超临界状态.。

所述生物质包括林木废弃物、农业废弃物、畜禽粪便。

所用的超临界反应器既可以是釜式反应器，也可以是管式反应器。

作为本发明的进一步改进，所述超临界反应器底部设有无机盐分离系统，超临界反应器底部还连接有管道和阀门。反应过程中生成的无机盐通过无机盐分离系统进行分离出来，开启阀门，可排放无机盐，避免对设备的损坏。

作为本发明的进一步改进，在所述高压柱塞泵、超临界反应器和冷凝器之间的输送管道上还设有换热器，所述高压柱塞泵的输出口接换热器的第一换热通道，高压柱塞泵输出的水或水和生物质混合物作为冷介质输入换热器，换热后的冷介质输入超临界反应器；所述超临界反应器顶部的输出口接换热器的第二换热通道，所述超临界反应器顶部输出高温高压状态的汽气混合物作为热介质输入换热器，换热后的热介质输入气液分离器。换热器的设置可以使超临界反应器产生的气液混合物和高压柱塞泵输出的水和生物质混合物进行热交换，预热水和生物质混合物，节省加热水和生物质混合物至超临界状态所需的能量。

作为本发明的进一步改进，所述氧化剂压力泵可以是柱塞泵或压缩机。

实现本发明的技术方案是：

生物质超临界水部分氧化法制甲烷的方法，包括以下步骤：

(1)将生物质和水输入超临界反应器中，用高压柱塞泵对进入超临界反应器的水或生物质和水的混合物进行加压；

(2)反应器中充满一定压力的水后，启动反应器所带的加热器，将其内的水静态加热至设定的温度，使其达到超临界状态；

(3)当反应器的压力至25～50Mpa，温度至380～600℃时，启动高压柱塞泵1，调节其流量，使之缓慢上升至额定流量3.2L/h；

(4)超临界水与生物质在反应器3内停留30～150min，使生物质中所含的大分子碳混合物经反应重整为小分子甲烷及CO、H₂等，同时产生的无机盐沉积于反应器3的底部；此时超临界水既是反应介质又时反应物；

(5)生物质的重整反应为放热反应，从反应器顶部出来的高温高压状态的汽气混合物经冷凝器冷凝后再进行气液分离，经气液分离后出来的气体即为以甲烷为主的气体，出来的液体即为冷凝水。

本方法中所用的超临界反应器既可以是釜式反应器，也可以是管式反应器；生产过程既可以是间歇式的，也可以是连续式的。

作为本发明方法的进一步改进，上述步骤(4)中进一步包括下列步骤：