[发明专利]超临界水气化系统的逐级流控降压及废水回用系统与方法

说明书

一种超临界水气化系统的逐级流控降压及废水回用系统与方法，系统包括回热器，回热器的热源侧入口连接超临界水气化反应后流体，回热器的热源侧出口连接冷却器的热源侧入口，冷却器的热源侧出口连接一级流动控制降压装置的入口，一级流动控制降压装置的出口连接气液分离器的入口，气液分离器的液相出口连接背压阀的入口，背压阀的出口连接气液固三相分离器的入口，气液固三相分离器的液相出口连接硫单质回收装置，硫单质回收装置的液相出口连接氨氮回收装置，氨氮回收装置的废水出口通过阻尼水泵A回接至一级流动控制降压装置。本发明利用系统中不同压力对合成气分离，通过流动控制技术实现降压，降压后实现气液固三相产物在线分离及资源化回收。

技术领域

本发明属于煤化工技术领域，特别涉及一种超临界水气化系统的逐级流控降压及废水回用系统与方法。

背景技术

近年来我国环境污染越来越严重，政府意识到粗放式的发展方式不可取，人民也已经充分感受到了环境污染的严重危害。随着人们的环保意识不断提高，环境保护收到越来越高的重视。能源利用和环境问题密切相关，我国也在积极推进能源的清洁高效利用。我国的能源分布结构是富煤贫油少气，2018年煤炭在一次能源结构中的消费比例约为59.5％，虽然消费占比近年来持续降低，但是BP预测中国2035年煤炭在一次能源消耗占比51％，仍将占据绝对主导地位。短期内我国以煤炭为主要能源的能源结构不会发生大的改变，因此煤炭清洁高效利用技术成为我国能源领域的重要话题。

煤炭超临界水气化制氢技术是一种新型、高效的能源转化和利用技术。超临界水气化技术由美国麻省理工的Modell教授在1978年首次提出，近年来受到了广泛关注。该技术利用煤炭为原料，不需要干燥。超临界水(T_c≥373.95℃，P_c≥22.064MPa)作为气化的反应介质，煤炭在超临界水中发生蒸汽重整、气化和变换反应。

在煤炭的超临界水气化过程中，煤炭在超临界水中主要发生蒸汽重整反应(C+H₂O→H₂+CO)，水汽变换反应和甲烷化反应合成气中H₂的体积分数约为70％，CO₂的体积分数约为25％，其余的为CH₄、CO和一些C2气体(乙烷、乙烯和乙炔)，因此合成气中CO₂的分离是至关重要的技术问题。研究发现H₂和CO₂在高压水中的溶解度差异很大，因此可以通过利用高压水吸收CO₂进行合成气的粗分离，随后再对合成气进行二次分离提纯。

此外，煤炭中灰分的含量约为10-25％，由于超临界水气化反应的反应压力高达25-30MPa，高压系统传统降压方法采用背压阀降压，但是在如此高的压差下，含固流体的磨损会造成背压阀失效，从而影响整个超临界水气化制氢系统的安全运行。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超临界水气化系统的逐级流控降压及废水回用系统与方法，可以利用系统中的不同压力对合成气进行分离，通过流动控制技术实现降压，降压过后可以实现气液固三相产物在线分离且可以实现产物的资源化回收。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超临界水气化系统的逐级流控降压及废水回用系统，包括回热器1，回热器1的热源侧入口连接超临界水气化反应后流体，回热器1的热源侧出口连接冷却器2的热源侧入口，冷却器2的热源侧出口连接一级流动控制降压装置3的入口，一级流动控制降压装置3的出口连接气液分离器4的入口，气液分离器4的液相出口连接背压阀6的入口，背压阀6的出口连接气液固三相分离器7的入口，气液固三相分离器7的液相出口连接硫单质回收装置8，硫单质回收装置8的液相出口连接氨氮回收装置9，氨氮回收装置9的废水出口通过阻尼水泵A10回接至一级流动控制降压装置3。

所述回热器1的冷源侧通道为物料通道，所述冷却器2的冷源侧通道为冷却水通道。