一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统技术方案

一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统，包括：超临界水气化制氢单元，包括提质调浆罐、高压输送泵、浆料预热器和内热型气化反应器；气体分离单元，包括调温器、调压器一和高压气体分离器；废料处理单元，包括高压气体分离器，废料增压泵，补热器和超临界水氧化反应器；余能回用单元，包括超临界水氧化反应器，回热器，压能回收装置，调压器二，高压三相分离器和流量分配器。本实用新型专利技术能够提高煤的成浆率进而增大其气化率和产氢率，同时充分利用系统剩余的热能、压能和水资源，降低系统能耗和运行成本，提高系统经济性，实现污染物零排放，有助于超临界水气化制氢技术的推广及应用。

【技术实现步骤摘要】
一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统
本技术属于能源及化工
，特别涉及一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统。
技术介绍
随着化石能源的大量消耗对环境影响的日益加剧以及可持续发展的要求，可再生能源的开发利用日益受到重视。氢能不仅燃烧热值高、零排放、质量轻，而且能向多种能源转化，因此作为一种可循环利用的绿色能源受到广泛关注。目前工业大规模制氢是以天然气、煤等矿物能源为原料的传统气化炉技术，其具有气化效率低，能耗高、碳排放强度高等缺点，其他新型的制氢路线还包括利用太阳能的电解和光解法，其制氢成本仍相对较高。而SCWG较之其他的生物质热化学制氢技术有着独特的优势，它可以使含水量高的湿物料直接气化，不需要高能耗的干燥过程，不会造成中间污染。超临界水气化(Supercriticalwatergasification，缩写为SCWG)是20世纪70年代中期由美国麻省理工学院的Modell提出的新型制氢技术。超临界水(SCW)是指温度和压力均高于其临界点(温度374.15℃，压力22.12MPa)的具有特殊性质的水。SCWG是利用超临界水强大的溶解能力，将各种有机物溶解，生成高密度、低黏度的液体，然后在高温、高压反应条件下快速气化，生成富含氢气的混合气体。然而经过大量的研究和开发，超临界水气化制氢系统仍存在以下三个问题：第一，不同煤炭因煤质不同，其含水量不同，含水量高的煤炭的成浆难度交大；第二，现有的超临界水气化制氢系统在反应之后直接降温降压进入气体分离工序，对热能和压能的利用不充分，造成了大量的能量损失和浪费；第三，超临界水气化制氢反应不能完全降解转化有机物并产生了大量含渣废水，产物中的N、S和重金属元素不能完全无害化，会对环境造成巨大的危害并造成了大量的水资源浪费。上述问题造成了超临界水气化制氢技术的高能耗和低经济性。因此本团队在此基础上开发了集成超临界水氧化技术的超临界水气化制氢工艺，可很好地解决气化后产物造成的环境危害的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，合理、高效地解决解决上述问题，本技术的目的在于提供一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统，能够提高煤的成浆率进而增大其气化率和产氢率，同时降低系统能耗和运行成本，提高系统经济性，实现污染物零排放，有助于超临界水气化制氢技术的推广及应用。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统，包括：超临界水气化制氢单元，包括提质调浆罐1，提质调浆罐1有三个入口，分别为高压回用水入口、气化原料入口和补水入口，其出口通过浆料高压输送泵2连接浆料预热器3的冷侧入口，浆料预热器3的冷侧出口连接内热型气化反应器4的入口；气体分离单元，包括调温器5，调温器5的热侧入口连接内热型气化反应器4的出口，热侧出口连接调压器一6的入口，调压器一6的出口连接高压气体分离器7的入口；废料处理单元，包括补热器9，高压气体分离器7的浆料出口通过废料增压泵8连接补热器9的冷侧入口，补热器9的冷侧出口连接超临界水氧化反应器10的入口；余能回用单元，包括回热器11，回热器11的热侧入口连接超临界水氧化反应器10的出口，热侧出口连接压能回收装置12的入口，压能回收装置12的出口通过调压器二13连接高压三相分离器14的入口，高压三相分离器14的液相出口连接提质调浆罐1的高压回用水入口；回热器11的冷侧入口连接调温器5的冷侧出口，调温器5的冷侧入口为高压冷却水的入口，回热器11的冷侧出口连接补热器9的热侧入口，补热器9的热侧出口连接流量分配器15的入口，流量分配器15有2个出口，其中一个出口通过阀门V1连接提质调浆罐1的补水入口。所述提质调浆罐1中保持高温高压的水热提质运行条件。所述提质调浆罐1内部设置搅拌器，搅拌器形式为桨式、涡轮式、锚式或螺带式。所述高压气体分离器7是高压高温容器，其入口为经调温调压后的气化产物，出口为气相产物和气相分离后的浆料；所述高压三相分离器14是高压高温容器，其入口为经超临界水氧化处理后的产物，出口为气相产物、固相产物和液相产物，所述浆料预热器3、调温器5、补热器9、回热器11均采用两侧高压的换热器，所述浆料高压输送泵2和废料增压泵8均采用含固高压泵，所述调压器一6，调压器二13采用减压阀、背压阀和节流元件中的单一或组合装置，所述压能回收装置12选用液力透平或活塞式压能回收机。所述流量分配器15的另一个出口作为其他工业应用出口，并在该出口的管线上设置阀门V2。本技术还提供了基于所述能量回收及废水零排放的超临界水气化系统的方法，包括：超临界水气化制氢：提质调浆罐1保持高温高压的水热提质条件，使原料与水在其中形成均匀浆料，浆料高压输送泵2将所述浆料升压至超临界压力，经浆料预热器3加热至超临界温度后送至内热型气化反应器4中开始超临界水气化制氢反应；气体分离：利用调温器5和调压器一6将超临界水气化制氢反应后得到的三相产物调整至最佳分离条件，然后经过高压气体分离器7将混合气体分离排放；废料处理：高压气体分离器7所得高温高压废液经废料增压泵8升压至超临界压力，再经补热器9加热至超临界温度，然后与氧化剂混合进入超临界水氧化反应器10中进行超临界水氧化反应，得到以H2O、CO2和无机盐为主的无害产物，实现气化废料的彻底处理；余能回用，超临界水氧化反应所得流体在回热器11中通过对来自调温器5的高压低温水加热而降温，随后经压能回收装置12回收多余压能，再通过调压器二13进行压力的准确控制调节，最后进入高压三相分离器14将气化产物、固相残渣分离排出，所得液相作为回用水注入提质调浆罐1进行气化原料的水热提质和制浆；经过回热器11的高压冷却水被加热至450℃以上，然后进入补热器9中对气化废料放热，使其达到超临界温度，出补热器9的流体利用流量分配器15分为两路，一路进入提质调浆罐1作为气化原料的调浆补水，剩下的大部分流体则作为其他工业用的热源流体排出。所述提质调浆罐1中，气化浆料与经超临界水氧化彻底处理的高压回用水以及经系统余热加热的高压补水掺混换热后温度达到目标温度，并完成气化原料的水热提质和调浆操作。经超临界水氧化反应器10彻底无害化处理的反应后流体的余热进行二级回用，第一级是对来自调温器5的高压冷却水加热后降温，第二级是进入提质调浆罐1作为气化原料提质调浆的调配水而回用。所述冷却水有二级升温和二级回用，其中一级升温是冷却水经过调温器5对超临界水气化制氢反应后流体冷却调温，控制其分离温度；二级升温是在回热器11内被超临界水氧化反应后流体加热至450℃以上；一级回用是在补热器9内对经气体分离后的气化废料补热，使其温度达到超临界温度>374℃，二级回用是离开补热器9后作为提质调浆罐1中的补水和其他工业用热水。所述超临界水气化制氢的气化产物在高压气体分离器7中利用压能分离气体，完成第1级压能利用；超临界水处理后完成第一级余热回用的流体在压能回收装置12中完成第2级压能利用；在高压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统，其特征在于，包括：/n超临界水气化制氢单元，包括提质调浆罐（1），提质调浆罐（1）有三个入口，分别为高压回用水入口、气化原料入口和补水入口，其出口通过浆料高压输送泵（2）连接浆料预热器（3）的冷侧入口，浆料预热器（3）的冷侧出口连接内热型气化反应器（4）的入口；/n气体分离单元，包括调温器（5），调温器（5）的热侧入口连接内热型气化反应器（4）的出口，热侧出口连接调压器一（6）的入口，调压器一（6）的出口连接高压气体分离器（7）的入口；/n废料处理单元，包括补热器（9），高压气体分离器（7）的浆料出口通过废料增压泵（8）连接补热器（9）的冷侧入口，补热器（9）的冷侧出口连接超临界水氧化反应器（10）的入口；/n余能回用单元，包括回热器（11），回热器（11）的热侧入口连接超临界水氧化反应器（10）的出口，热侧出口连接压能回收装置（12）的入口，压能回收装置（12）的出口通过调压器二（13）连接高压三相分离器（14）的入口，高压三相分离器（14）的液相出口连接提质调浆罐（1）的高压回用水入口；回热器（11）的冷侧入口连接调温器（5）的冷侧出口，调温器（5）的冷侧入口为高压冷却水的入口，回热器（11）的冷侧出口连接补热器（9）的热侧入口，补热器（9）的热侧出口连接流量分配器（15）的入口，流量分配器（15）有2个出口，其中一个出口通过阀门V1连接提质调浆罐（1）的补水入口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种能量回收及废水零排放的超临界水气化系统，其特征在于，包括：
超临界水气化制氢单元，包括提质调浆罐（1），提质调浆罐（1）有三个入口，分别为高压回用水入口、气化原料入口和补水入口，其出口通过浆料高压输送泵（2）连接浆料预热器（3）的冷侧入口，浆料预热器（3）的冷侧出口连接内热型气化反应器（4）的入口；
气体分离单元，包括调温器（5），调温器（5）的热侧入口连接内热型气化反应器（4）的出口，热侧出口连接调压器一（6）的入口，调压器一（6）的出口连接高压气体分离器（7）的入口；
废料处理单元，包括补热器（9），高压气体分离器（7）的浆料出口通过废料增压泵（8）连接补热器（9）的冷侧入口，补热器（9）的冷侧出口连接超临界水氧化反应器（10）的入口；
余能回用单元，包括回热器（11），回热器（11）的热侧入口连接超临界水氧化反应器（10）的出口，热侧出口连接压能回收装置（12）的入口，压能回收装置（12）的出口通过调压器二（13）连接高压三相分离器（14）的入口，高压三相分离器（14）的液相出口连接提质调浆罐（1）的高压回用水入口；回热器（11）的冷侧入口连接调温器（5）的冷侧出口，调温器（5）的冷侧入口为高压冷却水的入口，回热器（11）的冷侧出口连接补热器（9）的热侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树众，张熠姝，李艳辉，郭洋，宋文瀚，杨闯，崔成超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61