[发明专利]碳基能源超临界水气化制氢及CO2

说明书

一种碳基能源超临界水气化制氢及CO₂能源化利用系统与方法，包括：主反应流程，超临界水气化制氢反应产物的热量为物料预热，之后分离得到CO₂和液相产物，液相产物调温调压后进行超临界水氧化反应，超临界水氧化反应产物的热量为调温调压后的液相产物预热，之后降压进行三相分离，分离得到CO₂和液相产物，液相产物回补进行煤浆制备；能源化固碳流程，利用主反应流程所得CO₂进行微藻固碳反应，产出生物原油；氧化剂供应流程，为超临界水气化反应和超临界水氧化反应供氧；物料供给，进行煤浆制备，向主反应流程供给物料。本发明耦合超临界水热燃烧技术、超临界水气化技术、超临界水氧化技术于一身，实现了煤炭全流程的高值清洁转化利用。

技术领域

本发明属于能源清洁高效转化利用及固碳技术领域，特别涉及一种碳基能 源超临界水气化制氢及CO₂能源化利用系统与方法。

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。然而，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，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 前规模化SCWG工艺的反应温度多为400-600℃，较低的气化温度致使氢气产 率低、炭气化率低等问题。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。如何提高产氢效率、实 现对高能源化利用价值残余渣浆的再利用以及CO₂的低成本回收利用成为限制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 提供一种碳基能源超临界水气化制氢及CO₂能源化利用系统与方法，其耦合超 临界水热燃烧技术、超临界水气化技术、超临界水氧化技术于一身，实现了煤 炭全流程的高值清洁转化利用

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种碳基能源超临界水气化制氢及CO₂能源化利用系统，包括：

主反应模块，包括超临界水气化反应器1，超临界水气化反应器1底部出口 经物料回热器2热流体侧接分离器，分离器的液相出口依次经组分回收单元7、 增压浆料泵8以及浆料回热器9冷流体侧接超临界水氧化反应器10的入口，超 临界水氧化反应器10出口依次经浆料回热器9热流体侧、节能器11、降压器 12接三相分离器13的入口，三相分离器13液相出口接煤浆制备单元21；

能源化固碳模块，包括高碳气体集供单元14，高碳气体集供单元14的输入 口连接出分离器和三相分离器13的CO₂气体，高碳气体集供单元14出口与微 藻固碳反应器15第一入口接通，微藻固碳反应器15出口接入离心分离器16， 离心分离器16底部出口接通水热液化反应器17，离心分离器16顶部出口与微 藻固碳反应器15第二入口接通；