一种水热碳化工艺方法

本发明属于水热碳化工艺方法领域，具体涉及一种水热碳化工艺。

背景技术：

1、水热碳化过程中生成的产物主要有以下几种形态：

2、固态产物：包括炭黑和炭球等。炭黑通常呈黑色颗粒状，具有高碳含量和独特的多孔结构，可用作吸附材料、催化剂载体等。炭球则是球状的固体颗粒，具有较高的孔隙度和比表面积，适用于土壤改良、能源存储等领域。

3、液态产物：主要为水溶性的有机酸、糖类和酚类等。这些化合物可以用作生物质燃料、生物肥料、化学品合成原料等。

4、气态产物：包括水蒸气、二氧化碳、甲烷等。这些气体可以在反应过程中被释放出来，其中甲烷具有可燃性，可用作能源来源。

5、在现有的水热碳化反应中，由于圆柱形的反应釜优秀的承压能力而被广泛应用，然而，圆柱形的反应釜亦有其弊端，如卸料时绝大多数情况下仅能采用被动卸料方式，极易发生因堵塞产生的卸料故障，并且不易于扩大反应物的反应面积，并且在反应完成后，需要等待冷却时间，并列式放置反应釜，圆柱形反应釜需要更大的空间位置。

技术实现思路

1、技术问题：本发明旨在通过特制的反应器并且通过工艺参数控制，实现一套可连续生产的水热碳化工艺；

2、技术方案：s1：研磨机构将物料研磨至 20-50目，研磨完成后送入储料仓备用；

3、s2：将研磨好的物料送入反应器，加入水以及催化剂，加热；其中加水分为两个阶段，第一阶段作为反应介质在升温前加入，第二阶段在升温至90~100℃时，进行脉冲注水，对反应器进行脉冲加压，注水的温度为80~90℃；注水时反应温度过低，导致反应釜内压力没有升起来，导致加压效果不明显，若温度过高，突然注入水会迅速降低反应系统的温度，导致压力变化，可能引起剧烈的气体释放、产物喷溅或容器破裂等危险情况。因此须在反应釜内温度在90~100℃之间进行注水，并且注水温度为80~90℃，不宜与反应器内温差过大。

4、其中，水与反应物料的质量比为1:3~1:5之间，选择适当的原料到水的比例对于反应的效果和产物的形成至关重要。过高的水量可能会稀释反应物质，导致反应效果降低。相反，过低的水量可能会限制反应的进行并影响产物的生成；水与反应物的总量不宜超过反应釜容积的70%，这是因为反应过程中可能会产生气体或液体膨胀，如果反应物过多，可能会导致压力过高，从而引发安全隐患。同时，留出一定的空间也有助于反应更加均匀和高效地进行。；

5、s3：加热完成后泄压、冷却至室温，气体收集；

6、s4：反应器内外压差平衡时，打开出料口阀门将反应器内物料送入碳水分离机构进行碳水分离；

7、s4：分离完成后将固液混合物送入陶瓷膜过滤器进行过滤，将滤物与滤液进行收集。

8、进一步地，步骤s2中加热温度为180~250℃，压力为10~50bar。

9、进一步地，所述反应器，包括本体、进料口以及出料口，反应器还包括：

10、输送绞龙，设置于反应器的底部，用于向出料口推送固体沉淀，反应过程中输送绞龙反向转动，卸料时输送绞龙正向转动；

11、注水口，用于加入反应介质；注水口设置脉冲加压装置，通过脉冲注水加速其压力达到指定值，从而加快反应速度；

12、催化剂入口，用于加入酸性催化剂，提升反应速率；

13、泄压阀，将反应器内压力维持在一定范围，随着温度上升，反应器内压力逐渐上升，可通过泄压阀进行泄压，维持压力稳定。

14、温度监测模块，采集反应器内温度数据；精确供热。

15、压力检测模块，采集反应器内压力数据；压力检测模块的数据用于两部分，第一：如果压力过大，则开启泄压阀进行泄压到指定值后关闭泄压阀；第二，如果在运行过程中，压力骤降，即压力减小速率过快，则表示反应釜发生泄漏，应立即切断供热源、打开泄压阀进行快速泄压，放置泄漏创面扩增。

16、搅拌浆，用于反应过程中的搅拌；

17、加强机构，用于加固整个反应器的强度；

18、加热夹套，用于布设加热管线。

19、进一步地，本体为长方体构造，四边采用弧面连接，长方形构造底部加设输送绞龙，便于卸料，四边弧面连接提高其承压性能。

20、进一步地，还包括气体收集机构，气体收集机构，气体收集机构与泄压阀连接；气体收集机构包括吸收罐以及存储罐。反应过程中产生的气体通过吸收罐吸收多余的水分及二氧化碳，吸收罐中可采用氢氧化钙溶液作为吸收介质，并且吸收罐表层设置换热器对吸收罐进行散热，余热回收作为出料仓的预热源。

21、进一步地，加热夹套内布设导热油管或加热线圈。为便于反应结束后，冷却过程中的余热利用，优选采用导热油管进行加热，导热油循环管道主管道连接导热油炉与反应器，主管道上连接支管，分别连通储料仓壁和/或碳水分离机构。

22、进一步地，龙骨机构包括设置于本体内表面上的互相连接的龙骨结构，还包括内部反应器相对面的拉杆机构。由于反应器本体为长方形，其前视面与后视面相互平行，在高压状态下极易鼓胀变形，因此在这两个面之间设置若干根拉杆，对反应器起到加强作用。拉杆顶部呈倒“v”型结构。

23、进一步地，进料口与出料口设置有控制阀，控制阀的阀套为球形，阀套内设置有原型板体作为阀板，阀板底部设置有加强龙骨。由于反应器的进出料均为固液混合物，因此管径需要设计较大，因此采用此特殊设计的蝶阀作为控制阀，球形的阀套能够提升阀件的承压性能和密封性能，阀板厚度大于阀轴，便于在阀板上边缘处加装密封材料，阀板底部设置加强龙骨增加其强度。

24、进一步地，碳水分离机构进行负压加热，对水分进行分馏，抽真空管上设置冷凝水收集装置，抽真空管连接气体收集机构。

25、本发明的有益效果为：本体为长方体构造，四边采用弧面连接，长方形构造底部加设输送绞龙，便于卸料，四边弧面连接提高其承压性能。该形状不仅能够有效增加反应釜内受热面积，而且长方形的构造便于并列布置，在冷却间隔进行并列反应器的不间断生产，进而使导热油炉不停炉，避免了启停所造成的高能耗；

26、由于反应器本体为长方形，其前视面与后视面相互平行，在高压状态下极易鼓胀变形，因此在这两个面之间设置若干根拉杆，对反应器起到了加强作用；

27、由于反应器的进出料均为固液混合物，因此管径需要设计较大，因此采用此特殊设计的蝶阀作为控制阀，球形的阀套能够提升阀件的承压性能和密封性能，阀板厚度大于阀轴，便于在阀板上边缘处加装密封材料，阀板底部设置加强龙骨增加其强度；

28、加水分为两个阶段，第一阶段作为反应介质在升温前加入，第二阶段在升温至90~100℃时，进行脉冲注水，对反应器进行脉冲加压，注水的温度为80~90℃；注水时反应温度过低，导致反应釜内压力没有升起来，导致加压效果不明显，若温度过高，突然注入水会迅速降低反应系统的温度，导致压力变化，可能引起剧烈的气体释放、产物喷溅或容器破裂等危险情况。因此须在反应釜内温度在90~100℃之间进行注水，并且注水温度为80~90℃，不宜与反应器内温差过大。