[发明专利]超临界水气化制氢的物料分级预热及超温保护系统与方法

说明书

一种超临界水气化制氢的物料分级预热及超温保护系统，包括：物料梯级预热单元，包括调浆储罐、浆料高压输送泵、浆料预热器、流量分配器和自热气化炉；分离单元，包括调温器、调压器、高压气体分离器和高压固液分离器；超温保护单元，包括流量调节器和调温器。气化原料在调浆储罐内与回用热水掺混预热，再进入浆料预热器内预热升温，然后进入自热气化炉被上部反应放热加热，完成三级梯级预热；出浆料预热器的气化产物调温调压后进行气体分离和固液分离，液相回用于原料调配；用于调温后的中温冷却水进入自热气化炉冷壁提供超温保护。本发明能提高煤的气化率和产氢率，实现系统自热平衡，保证安全稳定高效运行，降低能耗和成本，实现污染物零排放。

技术领域

本发明属于能源及化工技术领域，特别涉及一种超临界水气化制氢的物料分级预热及超温保护系统与方法。

背景技术

我国一次能源以煤为主的格局在未来较长时间内将难以改变。煤炭资源储量大，可获得性好，价格低廉，但生产和利用过程中引起的环境污染与生态破坏日益严重，甚至危及人类健康和可持续发展，因此受到各界的严重关注。氢具有清洁、热值高、可贮存和运输等特性，是一种优良的能源载体。但地球上很少有集中的自然氢存在，需要开发大规模制氢工艺。目前煤气化制氢比水电解制氢有明显的经济优势，比其他化石能源转化制氢有明显的资源优势。煤制氢作为煤清洁利用的一种重要方式，将为解决未来运输燃料供应提供有效途径。

尽管传统的煤炭气化制氢已广泛应用，但整体技术水平落后世界先进水平。目前使用的多是固定床水煤气炉制氢工艺，其单台炉气产量低，气化效率低、污染大气环境等问题。因此煤炭气化技术向加压，大容量、环境友好等方向发展，超临界水气化制氢技术则应运而生。在煤的超临界水气化制氢过程中，超临界水不仅是煤气化的反应介质，而且是重要的反应物，具有可与有机化合物及气体互溶、较高的扩散系数、较低的粘度和较高的温度等独特的物理性质，使反应可在几秒至几十秒的时间内完成，减少了反应器尺寸，增大了处理量。实验结果表明煤的超临界水气化所得产物的氢气含量高、污染物少，是一种新型高效的煤气化制氢方法。

大量研究证明煤的超临界水气化制氢反应中，温度越高，煤的气化率越高，产氢率也越高，各学者优化的最佳反应条件为700～800℃，25MPa。然而在此条件下的超临界水气化制氢系统仍存在以下两个个问题：第一，反应条件为超高温高压条件，目前尚未发现安全适用的管道、设备材料；第二，超临界水气化制氢反应需要大量的热量对气化原料进行预热至反应温度，但因为其是吸热反应故无法实现自热平衡，系统运行功耗大；上述问题已成为超临界水气化制氢技术大规模发展的制约因素。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，合理、高效地解决上述问题，本发明的目的在于提供一种超临界水气化制氢的物料分级预热及超温保护系统与方法，能够提高煤的气化率和产氢率，实现系统自热平衡，同时保证系统安全、稳定、高效地运行，降低系统能耗和运行成本，提高系统经济性，实现污染物零排放，有助于超临界水气化制氢技术的推广及应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超临界水气化制氢的物料分级预热及超温保护系统，包括：

物料梯级预热单元，包括调浆储罐1，调浆储罐1有三个入口，分别是气化原料入口、补水口和热水回用口，调浆储罐1的出口通过浆料高压输送泵2连接浆料预热器3的冷侧入口，浆料预热器3的冷侧出口连接流量分配器4的入口，流量分配器4有两个出口，分别连接自热气化炉5的顶部入口和中部入口，自热气化炉5的出口连接浆料预热器3的热侧入口；

分离单元，包括调温器6，调温器6的热侧入口连接浆料预热器3的热侧出口，调温器6的热侧出口连接调压器7的入口，调压器7的出口连接高压气体分离器8的入口，高压气体分离器8的浆液出口连接高压固液分离器9的入口，高压固液分离器9的液相出口连接调浆储罐1的热水回用口；