[实用新型]一种内热生成型高温超临界水气化系统

说明书

一种内热生成型高温超临界水气化系统，包括中心上部为水热火焰区的内热型超临界水气化反应器，超临界压力回热器的冷流体侧入口接化石燃料或有机废物，冷流体侧出口接物料集输管的入口，物料集输管的出口分为两路，一路经燃烧物料配管接水热火焰区入口处的水热燃烧喷嘴，另一路经气化物料配管接水热火焰区出口处的若干气化物料喷嘴，其中水热燃烧喷嘴还与高压氧化剂供给管路连接，气化物料喷嘴所喷射物料与超临界水热火焰在水热火焰区出口处相遇，实现分子接触式掺混加热。本实用新型还提供了相应的工艺，可保证气化反应器气化反应区的温度可以达到700℃及以上高温，有望获得200％以上的有机质氢气化率。

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，特别涉及一种内热生成型高温超临界水气化系统。

背景技术

随着对传统石化燃料消耗量的逐渐增加，所引发的温室效应和环境污染日趋严重，这使得清洁可再生新能源的研究和开发成为全世界主要议题。作为最具潜力的新能源，氢能具有来源丰富、质量轻、热值高、无碳排放、可以直接用于氢燃料电池等优势，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％，实现煤炭的清洁转化利用对于节能减排、建设生态强国具有重要意义。此外，城市/工业污泥产量巨大，其有机物含量高达50-85％，热值在5-18MJ/kg，具有资源化利用的潜力。然而，在煤炭、污泥的传统利用过程中，低效是一个最大的问题。将其转化为气态燃料，尤其是氢能，是一个更加高效的利用方法。传统煤气化工艺存在着氢气产率低；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难题。

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，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，当前规模化SCWG工艺的反应温度多在400-600℃下进行，较低的气化温度严重影响了SCWG过程化石燃料/有机废物向H₂的转化，氢气产率受限。此外，由于SCWG气化工艺温度较低，物料中的多环芳烃类化合物无法完全降解，还需对反应产物进行进一步的处理，大大增加了系统流程及设备造价。如何实现更高温度的超临界水气化反应成为限制SCWG工艺发展的重要瓶颈。

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，本实用新型的目的在于提供一种内热生成型高温超临界水气化系统，利用煤炭、城市/工业污泥等有机质制备富氢气体，燃料物料在气化反应器上部的水热火焰区通过水热燃烧实现快速放热升温至1000℃以上高温，进而向下流动与气化物料直接混合完成分子间传热，从而保证气化反应器气化反应区的温度可以达到700℃及以上高温，有望获得200％以上的有机质氢气化率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种内热生成型高温超临界水气化系统，包括超临界压力回热器1和内热型超临界水气化反应器2，所述内热型超临界水气化反应器2中心上部由耐火蓄热材料7环绕形成水热火焰区，所述超临界压力回热器1的冷流体侧入口接化石燃料或有机废物，冷流体侧出口接物料集输管12的入口，物料集输管12的出口分为两路，一路经燃烧物料配管13接水热火焰区入口处的水热燃烧喷嘴6，另一路经气化物料配管14接水热火焰区出口处的若干气化物料喷嘴8，其中水热燃烧喷嘴6还与高压氧化剂供给管路11连接，气化物料喷嘴8所喷射物料与超临界水热火焰在水热火焰区出口处相遇，实现分子接触式掺混加热；内热型超临界水气化反应器2中下部为物料气化反应区。

进一步地，所述内热型超临界水气化反应器2出口接超临界压力回热器1热流体侧入口，超临界压力回热器1热流体侧出口接高压分离器3的入口。

进一步地，所述水热燃烧喷嘴6设置在水热火焰区顶部中央，喷射方向朝下。