一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢系统及方法，该系统属于煤的清洁高效转化范畴，该系统的特点在于由加料系统，加热系统，反应系统，分离系统和循环系统构成，而循环系统包括回热器，高压分离器，过滤器，高温高压柱塞泵，高温质量流量计，加热器和反应器，实现煤的超临界水气化残液在气化系统内部的循环，既可以回收残液中的能量，又可以使残液中的有机物质进行再次气化，提高煤的碳气化率。本发明专利技术提供了高效、洁净的煤的气化方法，相对于传统煤气化工艺，本装置及方法具有气化温度低，氢气百分含量高，能量利用效率高的突出优点。

Supercritical water gasification hydrogen production device and method for residual liquid recycled coal

Supercritical water gasification system and method of the present invention relates to a residual liquid recycling coal, efficient conversion of this system belongs to the category of clean coal, the characteristic of the system is composed of a feed system, heating system, reaction system, a separation system and circulation system, circulation system comprises a heat exchanger, a high pressure separator. Filter, high temperature and high pressure plunger pump, high quality flowmeter, heater and reactor of coal gasification in supercritical water residue gasification system in internal circulation, as well as the residue can be recycled in the energy, but also can make the residual liquid in the organic matter re gasification, improve coal gasification rate of carbon. The invention provides an efficient and clean method for gasifying coal. Compared with the traditional coal gasification process, the device and the method have the outstanding advantages of low gasification temperature, high hydrogen content and high energy utilization efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置及方法
本专利技术属于洁净能源转化领域以及煤化工领域，特别涉及一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置和方法。
技术介绍
煤气化制氢将是未来氢能经济的主要技术路线，煤制氢是发展氢能初级阶段解决氢源问题的主要途径，具有重要的战略意义。而超临界水气化制氢是一种非常有前途的煤的高效、洁净转化工艺。超临界水具有优良的物理化学性质，超临界水较常态下的水具有低的介电常数、数量少强度弱的氢键，极性也大大降低，很多有机物和气体可以溶解在超临界水中，因此气化反应可以在单相体系中进行，从而大大提高了反应速率。另外，超临界水的离子积比常态下高出几个数量级，因此超临界水也是良好的酸基/碱基催化反应介质。超临界水的这些特性使得煤的超临界水气化具有以下优势：煤种适应性强、反应迅速、气化率高、气化产物含氢量高、产气热值高、焦炭生成少、产氢率高、在较低温度下可以获得富氢气体、含N、S的污染物以液相排除。1978年美国MIT的Modell(US4113446)等人首次提出了使用煤、木材等固体或液体有机材料在超临界水中反应生成高热值气体，物料中80％转化为气体，20％转化为液体，几乎没有焦炭生成。墨尔本大学与澳大利亚联邦科学与工业研究组织联合发表文章(InternationalJournalofHydrogenEnergy,2009,34(8):3342-3350)研究煤在超临界水中的非催化气化，得出的结论为：反应器内传质传热条件不好时，煤的转化率距离热力学平衡点具有较大差距。中科院山西煤化所的毕继诚(ZL200310109657.3)与西安交通大学郭烈锦(ZL200510041633.8)分别搭建了管流反应器，并在该系统中考察了煤的气化特性。为了解决管流反应器中易出现的结焦、堵塞问题，西安交通大学郭烈锦(ZL200710017691.6)专利技术了超临界水流化床反应器。目前在煤的超临界水气化制氢的工艺中存在以下亟待解决的问题：从反应器排出的反应残液温度较高，目前的超临界水气化工艺的热量大多通过回热器回收，然而根据系统热力学计算，能量损失主要来源于换热过程，且高温残液中有可以进一步回收气化的有机物质，将其再次气化不仅可以提高煤浆气化效率，而且可以使系统接近零排放。
技术实现思路
本专利技术提出了一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置及方法。不但可以更好地回收超临界水气化残液的热量，而且可以进一步提高煤在超临界水中的气化率。系统简单、方便、高效。本专利技术采用的技术方案是：一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置，包括反应器、回热器、加热器，以及高压分离器，其中，回热器、加热器和反应器形成闭合回路，水依次流经回热器、加热器和反应器，在反应器内与物料混合反应后，再回到回热器，所述回热器的管侧出口连接有所述高压分离器，该高压分离器的液体出口通过支路连接在加热器的入口，高压分离器的气体经冷却后连接至气体流量计；在反应器内，超临界水与物料反应后，产生的混合物经高压分离器分离，其中，富氢气体从气体出口排出并经气体流量计进行计量，高压液体则通过液体出口经支路重新回到反应器中进行气化反应。进一步，所述高压分离器的液体出口通过支路连接在加热器的入口，该支路至少包括高温高压柱塞泵，该高温高压柱塞泵的前端连接有过滤器，该高温高压柱塞泵的后端连接有第三质量流量计。进一步，超临界水通过回热器的壳侧入口进入到回热器，然后通过壳侧出口流出，经与高压分离器的液体出口支路汇合后，连接在加热器的入口。进一步，所述高压分离器的气体出口连接冷却器，冷却器的出口连接低压分离器，低压分离器的气体出口连接气体流量计，所述低压分离器进一步设置有排渣口。进一步，所述冷却器的出口连接有背压阀，富氢气体在冷却器内经冷却后，经过背压阀进入到低压分离器。进一步，水和物料分别通过第一和第二柱塞泵进入到回热器和反应器内。进一步，该装置进一步包括有监控系统，以对整个装置的压力、温度、流量进行控制，该监控系统包括设置在第一柱塞泵和回热器之间的第一压力传感器和第一质量流量计，设置在第二柱塞泵和反应器之间的第二压力传感器和第二质量流量计。一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置的制氢方法，包括以下步骤：(1)煤气化反应：开启第一柱塞泵，水依次流经回热器、加热器、反应器、回热器、高压分离器、冷却器、背压阀、低压分离器，由低压分离器出口排出；开启加热器与反应器的加热装置，使系统达到所需的压力和温度；开启第二柱塞泵，煤浆被输送到反应器内，开始煤的超临界水气化反应；(2)残液再循环过程：开启高温高压柱塞泵，使残液沿高温高压柱塞泵、加热器、反应器、回热器、高压分离器、过滤器形成闭合回路，将第一高压柱塞泵和高温高压柱塞泵的流量调整到系统稳定所需的流量条件；(3)气化反应结束后，首先关闭第二柱塞泵的加料装置，待装置连续运行一段时间后关闭加热器与反应器的加热装置，待系统降温后缓慢调节背压阀进行降压。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术在高压分离器的液体出口和加热器之间进一步连接有支路，这样，在反应器内产生的气液混合，经高压分离器分离后，富氢气体从气体出口排出，高压液体则经支路重新回到反应器中进行气化反应。不仅回收了反应过程中残液中的能量，提高煤的碳气化效率，而且为反应器提供一个煤在超临界水中高效转化的自由基来源。附图说明结合以下附图实施例对本专利技术做进一步说明:图1是本专利技术的残液再循环的煤的超临界水气化装置示意图。具体实施方式本专利技术涉及一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢系统，该系统属于煤的清洁高效转化范畴，该系统主要由加料系统，加热系统，反应系统，分离系统和循环系统构成，循环系统包括回热器，高压分离器，过滤器，高温高压柱塞泵，高温质量流量计，加热器和反应器，实现煤的超临界水气化残液在气化系统内部的循环，既可以回收残液中的能量，又可以使残液中的有机物质进行再次气化，提高煤的碳气化率。本专利技术提供了高效、洁净的煤的气化方法，相对于传统煤气化工艺，本装置及方法具有气化温度低，氢气百分含量高，能量利用效率高的突出优点。本专利技术包括用于高浓度煤浆的高压连续输送的双泵双加料器的加料系统；包括产物分离的高、低压气水分离装置；包括兼当水预热与残液管流反应器的加热器；包括高温高压循环柱塞泵、过滤器、加热器、反应器、高压分离器在内的循环系统。请参阅图1所示，本专利技术为一种残液再循环的煤的超临界水流化床气化制氢系统，包括第一高压柱塞泵1、第二高压柱塞泵2、高温高压柱塞泵3、第一质量流量计4、第二质量流量计5、高温高压质量流量计6、反应器7、回热器8、加热器9、过滤器10、高压分离器11、冷却器12、背压阀13、低压分离器14、湿式气体流量计15以及多个压力、温度测量装置及控制阀门。其中，第一高压柱塞泵1的出口连接第一质量流量计4入口，第一质量流量计4出口连接回热器8的壳侧入口，回热器8的壳侧出口与第三质量流量计6的出口和加热器9的入口分别相连，加热器9的出口连接反应器7的超临界水入口。第二高压柱塞泵2的出口连接第二质量流量计5入口，第二质量流量计5的出口连接反应器7的物料入口，反应器7的出口连接回热器8的管侧入口，回热器8的管侧出口连接高压分离器11的入口；高压分离器11的液相出口连接过滤器10的入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置，其特征在于：包括反应器(7)、回热器(8)、加热器(9)，以及高压分离器(11)，其中，回热器(8)、加热器(9)和反应器(7)形成闭合回路，水依次流经回热器(8)、加热器(9)和反应器(7)，在反应器(7)内与物料混合反应后，再回到回热器(8)，所述回热器(8)的管侧出口连接有所述高压分离器(11)，该高压分离器(11)的液体出口通过支路连接在加热器(9)的入口，高压分离器(11)的气体经冷却后连接至气体流量计(15)；在反应器内，超临界水与物料反应后，产生的混合物经高压分离器分离，其中，富氢气体从气体出口排出并经气体流量计进行计量，高压液体则通过液体出口经支路重新回到反应器中进行气化反应。

【技术特征摘要】
1.一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置，其特征在于：包括反应器(7)、回热器(8)、加热器(9)，以及高压分离器(11)，其中，回热器(8)、加热器(9)和反应器(7)形成闭合回路，水依次流经回热器(8)、加热器(9)和反应器(7)，在反应器(7)内与物料混合反应后，再回到回热器(8)，所述回热器(8)的管侧出口连接有所述高压分离器(11)，该高压分离器(11)的液体出口通过支路连接在加热器(9)的入口，高压分离器(11)的气体经冷却后连接至气体流量计(15)；在反应器内，超临界水与物料反应后，产生的混合物经高压分离器分离，其中，富氢气体从气体出口排出并经气体流量计进行计量，高压液体则通过液体出口经支路重新回到反应器中进行气化反应。2.根据权利要求1所述的一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置，其特征在于：所述高压分离器的液体出口通过支路连接在加热器(9)的入口，该支路至少包括高温高压柱塞泵(3)，该高温高压柱塞泵的前端连接有过滤器(10)，该高温高压柱塞泵的后端连接有第三质量流量计(6)。3.根据权利要求1所述的一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置，其特征在于：超临界水通过回热器(8)的壳侧入口进入到回热器，然后通过壳侧出口流出，经与高压分离器的液体出口支路汇合后，连接在加热器的入口。4.根据权利要求1所述的一种残液再循环的煤的超临界水气化制氢装置，其特征在于：所述高压分离器的气体出口连接冷却器(12)，冷却器的出口连接低压分离器，低压分离器的气体出口连接气体流量计(15)，所述低压分离器进一步设置有排渣口。5.根据权利要求4所述的一种残液再循环的煤的超临...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈锦，金辉，朱超，曹长青，吕友军，张西民，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61