[实用新型]一种高温超临界水气化碳基能源制氢系统

说明书

本实用新型公开了一种高温超临界水气化碳基能源制氢系统，属于能源清洁高效转化利用领域，气化后产物固液气分离后，重新利用固液相中残炭在超临界水热燃烧反应器中进行超临界水热燃烧，彻底利用煤炭等炭基能源化学能。产生的高温进一步提升超临界流体温度，直接在超临界水气化器中与待气化煤浆发生分子接触式掺混预热，突破了间接换热高压装备结构合金的耐温限制，实现更高温的超临界水气化反应，最大化制氢效率。本实用新型充分利用了制氢过程中产生的热量，降低了能耗，通过耦合超临界水热燃烧和超临界水气化，结合回热器等多种热能再利用措施，实现了煤炭等炭基能源化学能直接高效转化为氢能，同时满足环保要求，不排放任何氮氧化物等有害气体。

技术领域

本实用新型属于能源清洁高效转化利用技术领域，特别涉及一种高温超临界水气化碳基能源制氢系统。

背景技术

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。在应对全球变暖和能源转型的背景下,氢能因为来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等众多优点, 被多国列入国家能源战略部署中。氢气属于一种二次能源，自然界中不存在游离态氢，而是以化合物如碳氢化合物、水和生物质等形式存在，因此虽然储量丰富可观，但几乎无法从自然界中直接获取。当今制氢、储氢、用氢的技术也在日益发展完善，全球范围内大约有48％的氢气来自于天然气，30％来自石油， 18％来自煤炭，其余则来自水以及生物质。水电解制氢气产物清洁，但是其成本高昂，远远超出化石燃料，所以不适宜大规模的工业化生产。我国是以煤炭为主要能源的国家，以煤炭为原料制取氢气供给终端用户使用，集中处理有害废物将污染降低到最低水平，是一种相对环保的制氢路线。虽然传统煤气化制氢工艺成熟，但其投资成本大、需用纯氧、气体分离成本高、产氢效率偏低、CO₂排放量大以及煤炭化学能未被完全利用等劣势阻碍了大规模工业推广。

超临界水热燃烧在高于临界点的水中产生的火焰称为水热火焰，是更为剧烈的氧化反应。水热火焰产生的1000℃以上的局部高温能够加快有机物的去除速率和去除速率，同时燃烧释放的额外热量能够作为热源维持自身反应，无需额外进行加热保持超临界态。超临界气化技术利用温度和压力达到或高于水的临界点(374.3℃、22.1MPa)时水的特殊物理化学性质，将煤中的碳、氢、氧元素气化转化为氢气和二氧化碳，同时热化学分解了部分超临界水制取氢气，将煤炭化学能直接高效转化为氢能。与传统“一把火烧煤”相比，该技术发电和制氢的效率显著提高，大型化后的一次性投资和运行成本则显著降低。气化产物可发电、供热、供蒸汽，还可生产高附加值化工产品，实现了煤炭能源的高效、洁净、无污染转化和利用。但是受限于高压反应器、预热器材料的耐温极限，当前超临界水气化工艺多在400-500℃的温度下进行，氢气产生效率较低，煤炭中相当一部分能量能集中在反应后的固相产物中。其次，气化温度较低还会导致物料中的多环芳烃类化合物无法实现为完全降解，还需对反应产物进行进一步的处理，增加了系统流程及设备造价。因此，在不额外消耗外部能量的前提下，如何提高超临界水气化工艺的运行温度，充分利用煤炭中所含的能量，是进一步提升超临界水气化工艺工业前景的关键问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，合理利用煤炭，特别是进一步释放气化后固相产物中相当可观的能量，提升气化温度，提高制氢效率，降低制氢成本，本实用新型的目的在于提供一种具有残炭水相燃烧内热-矿化残渣自分离功能的高温超临界水气化碳基能源制氢系统，可实现煤炭等炭基能源高效清洁制取氢气。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：