[發(fā)明專利]煤炭超臨界水氣化制氫及固液殘余無害化處理系統(tǒng)與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010167661.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN111234877A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王樹眾;李建娜;李艷輝;郭洋;徐甜甜;蔣卓航;崔成超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C10J3/48
• 分類號(hào): C10J3/48;B01J19/00;C01B3/50;C01B3/52;C01B32/50;F23K1/02;F22B1/16
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發(fā)明公開了一種煤炭超臨界水氣化制氫及固液殘余無害化處理系統(tǒng)與方法，系統(tǒng)包括煤粉預(yù)處理單元、氧氣供應(yīng)單元、超臨界水氣化單元、超臨界水熱燃燒單元以及冷卻水單元。該系統(tǒng)緊密的耦合了超臨界水氣化反應(yīng)以及超臨界水熱燃燒反應(yīng)，利用超臨界水熱燃燒反應(yīng)對(duì)有機(jī)物降解的快速、高效以及徹底性對(duì)煤炭超臨界水氣化制氫過程中所產(chǎn)生的殘漿料直接升壓回送進(jìn)行無害化處理，系統(tǒng)的產(chǎn)物分離技術(shù)綜合實(shí)現(xiàn)了氣化反應(yīng)過程中氣液固三相產(chǎn)物的能源化利用，同時(shí)，超臨界水熱燃燒反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的大量熱量為超臨界水氣化反應(yīng)提供了內(nèi)部熱源，實(shí)現(xiàn)了煤炭的高溫內(nèi)熱型超臨界水氣化，減少了外部熱源的使用，提高了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤炭超臨界水氣化制氫及固液殘余無害化處理系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

化石能源的大量開采和使用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)重的危害，必須急切的尋求一種新型、安全可靠、清潔的可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)。氫能作為一種清潔、高熱值、可儲(chǔ)存、可再生的優(yōu)質(zhì)能源，在化工、航空航天、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如何采用合適的方法高效環(huán)保的制備氫能引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注。我國是以煤炭為主要能源的國家之一，以煤炭為原料制備氫氣不僅能解決煤炭利用所帶來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，還能實(shí)現(xiàn)煤炭的能源化利用。

目前常用的煤制氫方法主要有煤氣化制氫，即利用煤炭在空氣中的部分氧化-氣化反應(yīng)制備合成氣。但是常規(guī)煤氣化技術(shù)制氫技術(shù)存在效率較低、且不可避免的生成大量SO_x、NO_x、重金屬污染物等二次污染，以及經(jīng)濟(jì)效益較差等問題，嚴(yán)重制約著該技術(shù)的快速健康發(fā)展。超臨界水氣化(supercritical water gasification,簡(jiǎn)稱SCWG)技術(shù)是20世紀(jì)70年代麻省理工學(xué)院的Modell教授提出的新型氣化制氫技術(shù)，指利用超臨界水(溫度＞374.1℃，壓力＞22.1MPa)的特殊性質(zhì)(低介電常數(shù)、高溶解性)，將超臨界水作為反應(yīng)的媒介，煤炭在超臨界水中快速高效地發(fā)生均相氣化反應(yīng)，煤炭中的碳、氫元素直接氣化轉(zhuǎn)化為CO₂和H₂，同時(shí)部分超臨界水也將水解為H₂，煤炭中的所含的N、S、重金屬等元素在反應(yīng)器底部礦化沉積在固相殘?jiān)?。與傳統(tǒng)煤氣化制氫技術(shù)相比，超臨界水氣化制氫技術(shù)具有反應(yīng)迅速、氣化效率高、產(chǎn)氫率高、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、無二次污染、經(jīng)濟(jì)性高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

但利用煤炭超臨界水氣化技術(shù)制備氫氣時(shí)，還存在一些問題：

(1)煤炭經(jīng)過超臨界水氣化制氫反應(yīng)后，所產(chǎn)生的高溫殘漿液中還含有一定量的有機(jī)物質(zhì)，如果反應(yīng)后殘漿液處理不適當(dāng)或直接排放將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

(2)煤炭超臨界水氣化是一個(gè)高溫高壓還原反應(yīng)，利用氣化反應(yīng)后的高溫流體難以將新鮮的常溫煤炭直接預(yù)熱到反應(yīng)溫度，而直接利用外部加熱源或輔助外部熱源的方式將煤炭加熱或補(bǔ)熱到氣化反應(yīng)所需的溫度，不僅會(huì)增加系統(tǒng)的設(shè)備投資費(fèi)用，也會(huì)提高系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種煤炭超臨界水氣化制氫及固液殘余無害化處理系統(tǒng)與方法，緊密結(jié)合超臨界水氣化反應(yīng)以及超臨界水熱燃燒反應(yīng)，可高效地實(shí)現(xiàn)超臨界水氣化反應(yīng)過程所產(chǎn)生的殘漿液中有機(jī)污染物的徹底無害化處理，有效地降低高溫高壓超臨界水氣化反應(yīng)所需的能耗，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了煤炭超臨界氣化反應(yīng)以及漿液超臨界水熱燃燒反應(yīng)所產(chǎn)生的氣液固三相產(chǎn)物的資源化利用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種煤炭超臨界水氣化制氫及固液殘余無害化處理系統(tǒng)，包括：

煤粉預(yù)處理單元，包括煤漿調(diào)配罐1，煤漿調(diào)配罐1出口與高壓煤漿泵2入口相連，高壓煤漿泵2出口與預(yù)熱器3內(nèi)管進(jìn)口相連；

氧氣供應(yīng)單元，包括依次連接的空分裝置13與氧氣壓縮機(jī)14