[发明专利]超临界水煤制气装置及系统

说明书

本发明涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种超临界水煤制气装置及系统。该装置包括：气化单元内设有用于产生超临界水煤反应的空间，气化单元的液固两相反应入口与水煤浆输入源连接，气化单元的液相反应入口与补充水源连接，气化单元的反应出口与分离混合单元的入口连接；第一换热器的热端连接在气化单元的反应出口与分离混合单元的入口之间，冷端连接在补充水源与气化单元的液相反应入口之间；余热利用单元并联在第一换热器的热端两侧；分离混合单元的液相分离出口连接在补充水源与第一换热器的冷端之间，燃气分离出口与燃气发电系统连接，碳分离出口与碳捕集单元连接。该装置能在燃气制备中同步实现碳捕集和余热回收，有效提高能源利用效率。

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，尤其涉及一种超临界水煤制气装置及系统。

背景技术

燃煤发电是目前世界主要发电方式之一。但是，由于受到材料的限制，传统燃煤发电的主蒸汽温度通常低于700℃，导致其发电效率一般都在45％以下。同时，燃煤发电也是世界范围内CO₂气体的主要来源之一，需要利用碳捕集技术对燃煤产生的CO₂进行捕集，从而降低CO₂对环境的影响。然而，对现有机组进行CO₂捕集会降低其发电效率。

超临界水煤气化技术是利用超临界水和煤在高温、高压环境下进行反应，生成富氢燃气和CO₂气体，从而将煤炭中的化学能转移到富氢燃气中。针对超临界水煤气化反应产生的富氢燃气，现有的发电系统通常采用以下两种富氢燃气的利用思路：一是将富氢燃气直接燃烧加热气化室出口混合流体进行发电；二是将富氢燃气分离出来之后进入燃气-蒸汽联合循环、燃料电池等发电系统中。

若采用第一种方法，由于混合流体中的主要成分为水，限制了汽轮机前的流体温度，导致系统效率难以提高，不能充分体现富氢燃气的优点。

若采用第二种方法，将富氢燃气分离后利用燃气-蒸汽联合循环、燃料电池等发电系统进行发电，则具有较高的能源利用效率，能够充分利用煤气化反应产生的富氢燃气。然而，这种燃气利用方式在将富氢燃气分离出来之前一般需要对混合流体进行降温、减压。为了提高能源利用效率，需要对混合工质含有的大量余热进行合理的回收利用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种超临界水煤制气装置及系统，用以解决如何使制气装置在进行CO₂捕集的同时还能提高能源利用效率的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超临界水煤制气装置，包括：

气化单元，其内设有用于产生超临界水煤反应的空间，所述气化单元的液固两相反应入口与水煤浆输入源连接，所述气化单元的液相反应入口与补充水源连接，所述气化单元的反应出口与分离混合单元的入口连接；

第一换热器，热端连接在所述气化单元的反应出口与所述分离混合单元的入口之间，冷端连接在所述补充水源与所述气化单元的液相反应入口之间；

余热利用单元，并联在所述第一换热器的热端两侧；

其中，所述分离混合单元的液相分离出口连接在所述补充水源与所述第一换热器的冷端之间，所述分离混合单元的燃气分离出口与燃气发电系统连接，所述分离混合单元的碳分离出口与碳捕集单元连接。

在部分实施例中，所述气化单元包括：

气化室，其内设有用于产生超临界水煤反应的空间，所述气化室上分别设有所述液固两相反应入口、所述液相反应入口和所述反应出口；

加热炉，连接在所述第一换热器的冷端与所述液相反应入口之间。

在部分实施例中，所述余热利用单元包括：