[發明專利]一種超臨界水氣化方法及裝置

有效

• 申請號: 201210312830.9
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102925215A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 程樂明;高志遠;王青;張玉寶;谷俊杰;宋成才;曹雅琴;宋慶峰;杜娟;劉揚
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明涉及超臨界水氣化技術領域，尤其涉及一種解決超臨界水氣化工藝中焦油堵塞管路問題的方法及裝置。

背景技術

超臨界水是壓力和溫度均高于其臨界點時的水。作為化學反應介質，它具有良好的傳遞和溶解特性。在此條件下，水的物理性質會產生許多顯著變化，介電常數、導熱系數、離子積以及粘度均減小或者降低，作為均勻的、有高擴散性，高傳遞特性的溶劑，可以溶解任意的有機化合物和氣體。

超臨界水處理系統，利用“水—物料”混合體系在沒有界面傳遞限制的情況下可以進行高效率的化學反應，因此轉化率非常高。在高溫高壓下，未完全轉化的物料會變成焦炭，焦油則通過有機分子的高溫熱解生成，當反應后物料經過換熱后溫度降低，焦油的粘度增強，流動性變差，由于焦油和焦炭或其他固體顆粒的粘結和沉積，可導致反應幾小時后就造成管路的堵塞。為了降低處理成本，提高系統處理效率，則原料的濃度越高越好，但原料濃度高，產生的焦油的量越大，會在短時間內造成管路的堵塞。為了避免堵塞現象，現有技術要么需要減少原料處理的濃度，以使焦油的產量減少，少量焦油不易聚集，分散在反應后物料中隨廢水排出系統，但是原料處理量的減少，使處理成本提高，系統效率低；要么維持或加大原料濃度，焦油堵塞后停車清洗，同時排泄固體料渣，間歇操作。

超臨界水處理系統目前常用的換熱器有板式換熱器、管殼式換熱器、浸漬式蛇管換熱器、噴淋式換熱器、套管式換熱器等。其中蛇管換熱器和套管式換熱器能夠承受高壓，特別是套管式換熱器還具備傳熱系數大，傳熱推動力大的優點，在高壓及超高壓生產過程中所用的換熱器幾乎全部是套管式的。目前常用的解決套管式換熱器堵塞的方法有：1.加振蕩器或超聲波來防止沉降結垢；2.通過提高壓力和流量的方法來提高流速，使物料處于湍流狀態，同時增加沖刷力，防止物料的沉降及粘結造成的堵塞；3.停車后針對堵塞段使用酸、堿或有機溶劑進行疏通。但是，方法1在高溫高壓下增加振蕩器容易使管道連接處斷裂，在高溫高壓條件下要盡量避免管路的震動；方法2通過增加流量來提高流速，在特定工藝條件下，停留時間是一定的，增加流速就意味著流量增加，停留時間變短，從而難以保證產品的產率和合格率；而方法3需要停車后處理，對連續運行的工藝來說，會使生產效率和成本均大大增加。

CN?101327908A公開了一種污泥在超臨界水中連續催化氣化制取富氫氣體的方法，使污泥在超臨界水的條件下，在催化劑的作用下發生氣化反應，但在這個過程中會產生一定量的焦油，該發明并未給出回收和堵塞的解決方案。

CN?100386268A中公開的廢棄有機廢液無污染排放和資源利用的超臨界水處理系統，物料在預熱管內就會開始發生熱解反應，產生焦油、焦炭，堵塞管路，并對最終的產物有很大影響，該發明提出的方案并不能夠徹底解決焦油焦炭堵塞管路的問題。

CN?1418932A中公開了利用超臨界水液化煤的萃取分離方法提取煤炭中的石油產品。該方法中采用超臨界水將煤粉高速吸入水中，粉煤與水形成混合流體一同進入反應罐中的同步進料方式，進料、萃取、分離在液化反應過程中同時進行，反應后的油、水、汽混合物經過一級分離器和二級分離器降壓后進入儲液罐，然后再用有機溶劑進行萃取分離。固體廢料在反應器罐底堆積到一定高度后中斷進料，進行間歇排放。該發明采用釜式反應器，煤在反應釜中更易沉降，使煤與超臨界水介質混合均勻性變差，排渣過程仍需要間歇操作，且需要在降壓后再進行有機溶劑對焦油的萃取過程，另外在該發明工藝過程中未涉及熱物料熱量的回收利用，增加生產成本。

上述現有技術方案均未解決焦油堵塞和原料處理量的矛盾問題，且間歇操作造成能量大量損失，生產成本高。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的問題，提出一種具有系統油收率高、原料處理量大、生產成本低的超臨界水氣化方法及裝置。

為達此目的，本發明提供以下技術方案：

一種超臨界水氣化方法，包括使原料在水的超臨界狀態下進行氣化反應，得到含焦油的反應后物料，并且，還包括向反應后物料中加入有機溶劑以形成油混物的溶油步驟。

本發明提出通過向超臨界水氣化的反應后物料中加入有機溶劑的手段來溶解焦油，以解決焦油易堵塞管路的問題。所述原料為能夠在超臨界水條件下被氣化并且產生焦油的原料，優選為煤、生物質、污泥或廢塑料，或其中至少兩種的混合物，本領域技術人員可以在現有技術的基礎上根據原料產生焦油的成分的不同，選擇能夠溶解焦油的有機溶劑的種類，并且以能夠溶解焦油并且易于分離為目的選擇有機溶劑的加入量以及加入方式等，本發明并無特殊限制。