[發明專利]超臨界水氣化制氫及漿液超臨界水熱燃燒耦合系統與工藝

在審

• 申請號: 202010168148.1
• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111234879A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王樹眾;李艷輝;蔣卓航;崔成超;賀超;孔文欣;王濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C10J3/48
• 分類號: C10J3/48;C10J3/72;C10K3/04;C01B32/50;C01B3/50
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種超臨界水氣化制氫及漿液超臨界水熱燃燒耦合系統與工藝，采用碳基能源，煤漿升壓后進入到高壓預熱器與超臨界水氣化反應器底部流出的超臨界水換熱；預熱后煤漿進入超臨界水氣化反應器中氣化；超臨界水氣化反應器底部出口流出的氣化產物經高壓預熱器熱流體側進入分離器分離，分離所得渣漿依次經有質組分回收單元、高壓漿料泵、高壓回熱器冷流體側后進入超臨界水熱燃燒反應器進行超臨界水熱燃燒反應；分離器和三相分離器得到的二氧化碳送往微藻光合反應器進行微藻培育，培育得到的微藻進入離心分離器，離心分離器底部排出的濃藻漿進入煤漿制備單元補水和/或水熱液化反應器產出生物原油，分離得到的二氧化碳等氣體經頂部出口返回微藻光合反應器。

技術領域

本發明屬于炭基能源清潔高效轉化利用技術領域，特別涉及一種超臨界水氣化制氫及漿液超臨界水熱燃燒耦合系統與工藝。

背景技術

氫氣作為最具潛力的新能源，其具有來源豐富、質量輕、熱值高、無碳排放、燃燒產物是水、可以直接用于氫燃料電池等優勢。隨著社會對環境質量的日益重視，以及氫氣可廣泛應用于石油、化工、冶金、醫藥、航天等工業領域，使其成為了近年來各國研究熱點。2018年，中國煤炭占一次能源消費比例接近60％，實現煤炭的清潔利用對于節能減排、建設生態強國具有重要意義，以煤炭為原料規模化制取氫源，是一條具有中國特色、符合我國實際的解決氫能產業氫源問題的制氫路線。傳統煤氣化制氫工藝存在著氫氣化率低、氫氣選擇性低；煤種適應性差，煤質要求高；燒嘴和耐火磚的使用壽命短暫，容易損壞；合成氣容易帶灰、帶水，合成氣冷卻器易積灰；氣化裝置排渣困難和容易堵塞等技術問題。

超臨界水氣化技術(SCWG)是利用超臨界水(SCW)的特殊性質，在不加入氧化劑的前提下將反應物加入SCWG反應器內進行熱解氣化反應，制取高熱值氣體，如氫氣和甲烷等，而且反應過程中有機物不會生成焦炭等副產物。SCWG制氫技術是一項最具潛力的制氫技術，相比常規煤氣化工藝而言，其反應效率高、氫氣選擇性高。但受限于高壓反應器、預熱器材料的耐溫極限，當前SCWG工藝多在400-600℃的溫度下進行，嚴重影響了煤炭在SCWG過程中向H2的轉化，氫氣產率受限；較低的氣化溫度致使氣化后殘炭含量高，氣體分離后殘余渣漿需要進行無害化處理且具有較高的能源化利用價值。此外，煤炭SCWG制氫過程中會產生大量CO₂，其直接排放將帶來“溫室效應”等諸多問題，如何提高氫氣效率、實現對高能源化利用價值含炭渣漿的再利用以及CO₂的低成本回用成為限制SCWG工藝發展的主要障礙。

發明內容

為了克服上述現有技術中常規SCWG制氫工藝的缺點，本發明的目的在于提供一種超臨界水氣化制氫及漿液超臨界水熱燃燒耦合系統與工藝。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種超臨界水氣化制氫及漿液超臨界水熱燃燒耦合系統，采用碳基能源，其特征在于，包括煤漿制備單元1，煤漿制備單元1出口經高壓煤漿泵2接至高壓預熱器3冷流體側入口，高壓預熱器3冷流體側出口與超臨界水氣化反應器4上部側面第一入口接通，超臨界水氣化反應器4底部出口經高壓預熱器3熱流體側接分離器，分離器液相出口依次經有質組分回收單元9、高壓漿料泵10、高壓回熱器11冷流體側接至超臨界水熱燃燒反應器12頂部入口，超臨界水熱燃燒反應器12底部側面出口經調節閥V3、高壓回熱器11熱流體側、降溫器16、降壓器17接至三相分離器18入口，三相分離器18下部液相出口與煤漿制備單元1接通；出分離器和三相分離器18的二氧化碳匯聚接微藻光合反應器19第一入口，微藻光合反應器19出口與離心分離器20接通，離心分離器20底部液相出口接至煤漿制備單元1和/或水熱液化反應器21，離心分離器20頂部氣相出口接至微藻光合反應器19第二入口。

進一步地，所述分離器包括高壓氣體分離器5和低壓氣體分離器8，高壓預熱器3熱流體側出口接高壓氣體分離器5的入口，高壓氣體分離器5頂部氣相出口接至組分分離單元15，高壓氣體分離器5底部液相出口依次經調溫器6、調壓器7接至低壓氣體分離器8，低壓氣體分離器8底部液相出口接有質組分回收單元9的入口。