[发明专利]一种在水热液化反应中精准控压的装置系统及方法

说明书

本申请公开了一种在水热液化反应中精准控压的装置系统及方法，装置系统包括反应器、单向阀、压力检测系统、加压过滤器、气体钢瓶和加压输水装置，加压过滤器内设置有半透膜，并被分隔为上、下两个腔室，上腔室的气体进口通过管路与气体钢瓶连接，上腔室的气体出口通过单向阀与反应器由管路连接，压力检测系统用于检测输入反应器内气体的压力，加压输水装置用以将水压入加压过滤器的下腔室中。本申请中，通过将水压入加压过滤器的下腔室内，促使水面上升带动半透膜上升，将储存的气体压入反应器中，反应器内压力上升，重复操作可使反应器压力达到预设值。单向阀的存在保证反应器内气体和反应物不倒流，解决了反应物倒流造成的产物损失和堵塞问题。

技术领域

本申请涉及一种在水热液化反应中精准控压的装置系统及方法。

背景技术

水热液化技术近年来得到了广泛关注，最初是指生物质在高温高压水体系中进行重整的热化学过程。随着研究的进展，目前水热液化技术被广泛用于高含水率生物质和有机废物中回收燃料和化学物质。相对于热解、生物法等方法，液化技术不仅能耗低、设备投资低，同时也不需要对物料进行脱水等预处理，具有投资低、普适性好等明显优势。在国内外得到了长时间的研究发展及运用。当流体通过升高温度和压力达到超临界状态时，会展现一些既不同于气体，也不同于液体的独特物理化学特性，被称为超临界流体。超临界流体具有类似气体的较强渗透能力和较低的黏度，同时密度又与液体相近，具有良好的溶解性，可使得反应更好的进行。

液化反应中最常用的溶剂为水，温度和压力的临界点分别为374℃和22.1 MPa，在常温下，水的介电常数约为80；当温度升高至300℃时，水的介电常数降低至20，此时水为极性溶剂，能溶解可溶性盐类，但有机物和气体在亚临界水中的溶解度很低；超过374℃时，水的介电常数小于5，此时水变为弱极性，对有机物和气体的溶解度大大提高；当温度持续上升到400℃时，水的介电常数基本保持稳定；当上升到420℃，压力为25 MPa时，水的介电常数约等于2，相当于己烷的介电常数。超临界水对气体和液体的高溶解度很大程度上减少了气体和液体间的阻力，使反应接触面更大，有利于反应的进行。同时研究表明许多有机溶剂也可代替水成为液化反应的溶剂，比如乙醇等。乙醇的临界温度和压力分别为243.2℃和6.38 MPa，远低于水的临界温度，因此可以在能耗更低的情况下到达超临界状态。乙醇不仅可以作为反应介质，同时还能作为反应物，通过酯化反应与酸性组分发生反应。乙醇在有水的条件下还可通过蒸汽重整制造富氢环境，使得反应更好的进行。

但无论何种溶剂，欲达到超临界状态，都必须将温度和压力同时达到临界状态。在传统的液化反应中，只能对反应温度进行定值控制，而无法精准控制反应时的压力。通常反应温度到达临界点时，体系中的压力未达到临界值，反应体系仍处于亚临界状态。继续升高反应温度虽然可以使体系中的压力进一步上升，但所需的能耗会大大增加。同时过高的反应温度对反应器的材料要求也随着提高，大大增加了成本。因此通常通过外接手压泵添加气体的方式来增加体系中的压力。而常用的手压泵在压力较高时加压困难，且反应器中反应物会倒流至手压泵中，不但会造成产物损失，而且会造成手压泵堵塞，降低手压泵的使用寿命。

发明内容

为了克服现有手压泵在压力较高时加压困难，且反应器中反应物会倒流至手压泵中，导致产物损失及手压泵堵塞，降低手压泵的使用寿命的问题，本申请的目的在于提供一种在水热液化反应中精准控压的装置系统及方法，本申请的方法利用一种改良的加压装置为水热液化反应精准控压。