[发明专利]一种高温超临界水气化碳基能源制氢系统与方法

权利要求书

1.一种高温超临界水气化碳基能源制氢系统，包括旋流式超临界水热燃烧反应器(10)和超临界水气化反应器(3)，其特征在于，煤浆输入管(1)接至回热器(2)冷流体侧入口，回热器(2)热流体侧出口与超临界水气化反应器(3)内的若干气化喷嘴(24)接通，超临界水气化反应器(3)出口接至回热器(2)热流体侧入口，回热器(2)冷流体侧出口经调温调压器A(4)与气相分离器A(5)入口接通，气相分离器A(5)顶部出口接至氢气分离提纯单元(6)，底部出口接至调温调压器B(7)，调温调压器B(7)出口与气相分离器B(8)入口接通，气相分离器B(8)底部出口经升压单元(9)接至安装于旋流式超临界水热燃烧反应器(10)上部的水热火焰喷嘴(14)，旋流式超临界水热燃烧反应器(10)底部中心经超临界热流体引导锥(22)与超临界水气化反应器(3)接通；旋流式超临界水热燃烧反应器(10)底部侧面设有渣浆出流口(23)。

2.根据权利要求1所述高温超临界水气化碳基能源制氢系统，其特征在于，所述超临界热流体引导锥(22)位于超临界水气化反应器(3)顶部，若干气化喷嘴(24)均布于超临界水气化反应器(3)侧面上部的同一水平高度上。

3.根据权利要求1所述高温超临界水气化碳基能源制氢系统，其特征在于，所述水热火焰喷嘴(14)位于超临界水热燃烧反应器(10)的侧面上部，水热火焰喷嘴(14)有两个输入口，一个与高压氧化剂输入管(13)接通，另一个接至升压单元(9)出口。

4.根据权利要求1或2或3所述高温超临界水气化碳基能源制氢系统，其特征在于，所述超临界热流体引导锥(22)为圆台形状，与超临界水热燃烧反应器(10)底部凹陷轮廓匹配，超临界水气化反应器(3)与旋流式超临界水热燃烧反应器(10)的连通口在圆台中心。

5.根据权利要求1或2或3所述高温超临界水气化碳基能源制氢系统，其特征在于，所述超临界水气化反应器(3)的承压壁A(25)被高效冷却套A(20)包裹，所述超临界水热燃烧反应器(10)的承压壁B(17)被高效冷却套B(16)包裹，所述高效冷却套A(20)上设有冷却剂进口(19)与冷却剂出口(21)，高效冷却套B(16)上设有冷却剂进口(15)与冷却剂出口(18)，所述高效冷却套A(20)与高效冷却套B(16)的结构为夹套、单层螺旋通道或多层螺旋通道。

6.根据权利要求5所述高温超临界水气化碳基能源制氢系统，其特征在于，所述渣浆出流口(23)经流量调控阀(11)与余热回收及后续处理单元(12)接通。

7.基于权利要求1所述高温超临界水气化碳基能源制氢系统的制氢方法，其特征在于，超临界水气化反应器(3)排出的产物回流到回热器(2)，对煤浆输入管(1)中新煤浆物料进行预热，预热过后的新煤浆经若干气化喷嘴(24)喷入超临界水气化反应器(3)中进行气化；

经过热交换的产物在调温调压器A(4)中改变温度和压力状态，在气相分离器A(5)中实现氢气的分离，剩下的产物继续输运到调温调压器B(7)调整温度和压力，实现二氧化碳为主的气体从产物中分离；固相以残碳为主的产物在升压单元(9)加压后，重新经水热火焰喷嘴(14)与高压氧化剂输入管(13)的氧化剂一同射入超临界水热燃烧反应器(10)，着火后实现炭基能源能量的完全释放，为后续的超临界水气化所需的超临界热流体提供热量，维持超临界水气化器(3)中反应的继续进行。

8.根据权利要求7所述制氢方法，其特征在于，进行排除燃烬渣浆操作时，首先降低煤浆和空气的流量到稳定运行流量的三分之一，然后通过流量调控阀(11)控制燃烬渣浆流量，防止出流过快影响超临界热流体引导锥(22)的生成物出流稳定性，排出的燃烬渣浆进入余热回收及后续处理单元做进一步操作。