[发明专利]超临界水气化制氢及浆液超临界水热燃烧耦合系统与工艺

说明书

一种超临界水气化制氢及浆液超临界水热燃烧耦合系统与工艺，采用碳基能源，煤浆升压后进入到高压预热器与超临界水气化反应器底部流出的超临界水换热；预热后煤浆进入超临界水气化反应器中气化；超临界水气化反应器底部出口流出的气化产物经高压预热器热流体侧进入分离器分离，分离所得渣浆依次经有质组分回收单元、高压浆料泵、高压回热器冷流体侧后进入超临界水热燃烧反应器进行超临界水热燃烧反应；分离器和三相分离器得到的二氧化碳送往微藻光合反应器进行微藻培育，培育得到的微藻进入离心分离器，离心分离器底部排出的浓藻浆进入煤浆制备单元补水和/或水热液化反应器产出生物原油，分离得到的二氧化碳等气体经顶部出口返回微藻光合反应器。

技术领域

本发明属于炭基能源清洁高效转化利用技术领域，特别涉及一种超临界水气化制氢及浆液超临界水热燃烧耦合系统与工艺。

背景技术

氢气作为最具潜力的新能源，其具有来源丰富、质量轻、热值高、无碳排放、燃烧产物是水、可以直接用于氢燃料电池等优势。随着社会对环境质量的日益重视，以及氢气可广泛应用于石油、化工、冶金、医药、航天等工业领域，使其成为了近年来各国研究热点。2018年，中国煤炭占一次能源消费比例接近60％，实现煤炭的清洁利用对于节能减排、建设生态强国具有重要意义，以煤炭为原料规模化制取氢源，是一条具有中国特色、符合我国实际的解决氢能产业氢源问题的制氢路线。传统煤气化制氢工艺存在着氢气化率低、氢气选择性低；煤种适应性差，煤质要求高；烧嘴和耐火砖的使用寿命短暂，容易损坏；合成气容易带灰、带水，合成气冷却器易积灰；气化装置排渣困难和容易堵塞等技术问题。

超临界水气化技术(SCWG)是利用超临界水(SCW)的特殊性质，在不加入氧化剂的前提下将反应物加入SCWG反应器内进行热解气化反应，制取高热值气体，如氢气和甲烷等，而且反应过程中有机物不会生成焦炭等副产物。SCWG制氢技术是一项最具潜力的制氢技术，相比常规煤气化工艺而言，其反应效率高、氢气选择性高。但受限于高压反应器、预热器材料的耐温极限，当前SCWG工艺多在400-600℃的温度下进行，严重影响了煤炭在SCWG过程中向H2的转化，氢气产率受限；较低的气化温度致使气化后残炭含量高，气体分离后残余渣浆需要进行无害化处理且具有较高的能源化利用价值。此外，煤炭SCWG制氢过程中会产生大量CO₂，其直接排放将带来“温室效应”等诸多问题，如何提高氢气效率、实现对高能源化利用价值含炭渣浆的再利用以及CO₂的低成本回用成为限制SCWG工艺发展的主要障碍。

发明内容

为了克服上述现有技术中常规SCWG制氢工艺的缺点，本发明的目的在于提供一种超临界水气化制氢及浆液超临界水热燃烧耦合系统与工艺。

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及浆液超临界水热燃烧耦合系统，采用碳基能源，其特征在于，包括煤浆制备单元1，煤浆制备单元1出口经高压煤浆泵2接至高压预热器3冷流体侧入口，高压预热器3冷流体侧出口与超临界水气化反应器4上部侧面第一入口接通，超临界水气化反应器4底部出口经高压预热器3热流体侧接分离器，分离器液相出口依次经有质组分回收单元9、高压浆料泵10、高压回热器11冷流体侧接至超临界水热燃烧反应器12顶部入口，超临界水热燃烧反应器12底部侧面出口经调节阀V3、高压回热器11热流体侧、降温器16、降压器17接至三相分离器18入口，三相分离器18下部液相出口与煤浆制备单元1接通；出分离器和三相分离器18的二氧化碳汇聚接微藻光合反应器19第一入口，微藻光合反应器19出口与离心分离器20接通，离心分离器20底部液相出口接至煤浆制备单元1和/或水热液化反应器21，离心分离器20顶部气相出口接至微藻光合反应器19第二入口。

进一步地，所述分离器包括高压气体分离器5和低压气体分离器8，高压预热器3热流体侧出口接高压气体分离器5的入口，高压气体分离器5顶部气相出口接至组分分离单元15，高压气体分离器5底部液相出口依次经调温器6、调压器7接至低压气体分离器8，低压气体分离器8底部液相出口接有质组分回收单元9的入口。