[发明专利]含碳物质气化方法、超临界处理装置及含碳物质气化系统

说明书

技术领域

本发明涉及含碳物质气化技术领域，尤其涉及一种含碳物质气化方法、超临界处理装置及含碳物质气化系统。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，若将煤直接燃烧，不但热效率低，同时造成大气污染，若将煤转化为氢气、甲烷等可燃气体，则节能环保，同时，大规模管道输送气体，输送费用低。另一方面，将污泥、废水、含碳废弃物等含碳有机质气化为可燃气体，实现了废弃物再利用，因此，研究含碳物质气化技术意义重大。水的临界温度T＝374℃，临界压力P＝22.1Mpa，当水的温度和压力超过临界点时，称为超临界水，超临界水因高温而膨胀的水的密度等于因高压而被压缩的水蒸气的密度，此时，水的液体和气体便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的呈现高压高温状态的液体。超临界水具有与常温常压水完全不同的物理性质和化学性质，比如比热容大、传热系数高、扩散系数大、离子积高、粘度低、介电常数小、电离常数小、密度小且随压力改变、与有机物和气体完全互溶等，因此，超临界水在环保、化工、含碳物质气化、核电和火电、新材料合成等领域有广泛的应用前景，其中，将超临界水应用到含碳物质气化领域，超临界水的特性可使得气化反应速度加快，提高反应原料的转化率等，由此，将超临界水应用在含碳物质气化技术领域越来越受到人们的关注。

现有技术中，参照表1，将水煤浆在温度较低的亚临界状态水中进行反应，并将反应后的产物在催化剂存在下的条件下在温度相对较高的超临界状态下发生催化反应，得到含有氢气、甲烷等可燃气体的产物。表1中原料采用褐煤，将褐煤粉和水混合配制成质量浓度为30％、35％、40％的水煤浆，将水煤浆在温度较低的亚超临界状态1下进行亚临界反应，反应产物在温度相对较高的超临界状态2下进一步气化反应，最终得到的产物的转化率以及气体产物中甲烷的产物产率均不高。

表1

发明内容

本发明的目的是提供一种含碳物质气化方法、超临界处理装置及含碳物质气化系统，提高了含碳物质气化的转化率和气体产物中甲烷的产物产率。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种含碳物质气化方法，包括：将含碳反应原料在第一超临界状态下进行一级超临界气化反应；使一级超临界反应的反应产物在第二超临界状态下进行二级超临界气化反应；其中，所述第一超临界状态为22.1-40Mpa和500℃-1000℃，所述第二超临界状态为22.1-40Mpa和374-600℃，且所述第一超临界状态的温度高于所述第二超临界状态的温度。

进一步的，所述第一超临界状态为22.1-40Mpa和650-950℃。

进一步的，所述第二超临界状态为22.1-40Mpa和420℃-550℃。

更进一步的，所述使一级超临界反应的反应产物在第二超临界状态下进行二级超临界气化反应包括：使一级超临界反应的反应产物的温度通过热交换工艺达到第二超临界状态的温度。

进一步的，所述热交换工艺包括：通过冷却水对一级超临界反应的反应产物进行降温处理，使一级超临界反应的反应产物的温度达到第二超临界状态的温度以下；使经过降温处理后的一级超临界反应的反应产物与处于第一超临界状态下的含碳反应原料进行热交换，使一级超临界反应的反应产物的温度达到第二超临界状态的温度。

更进一步的，所述热交换工艺包括：通过冷却水对二级超临界反应的反应产物进行降温处理；使经过降温处理后的二级超临界反应的反应产物与一级超临界反应的反应产物进行热交换，使一级超临界反应的反应产物的温度达到第二超临界状态的温度。

进一步的，还包括向含碳反应原料内添加催化剂，所述催化剂为碱金属的氧化物、碱土金属的氧化物、碱金属的氢氧化物、碱土金属的氢氧化物、碱金属的盐或碱土金属的盐中的一种或多种。

进一步的，还包括向含碳反应原料内添加氧化剂、气化剂或工艺介质中的一种或组合，所述氧化剂为氧气、双氧水或空气，所述气化剂为氢气，所述工艺介质为二氧化碳。

本发明的实施例还提供了一种超临界处理装置，包括：一级反应筒，所述一级反应筒设有原料入口，所述一级反应筒用于使含碳反应原料在第一超临界状态下进行一级超临界气化反应；二级反应筒，所述二级反应筒与所述一级反应筒连通，所述二级反应筒用于使一级超临界气化反应的反应产物在第二超临界状态下进行二级超临界气化反应；所述第一超临界状态为22.1-40Mpa和500℃-1000℃，所述第二超临界状态为22.1-40Mpa和374-600℃，且所述第一超临界状态的温度高于所述第二超临界状态的温度。