[实用新型]用于超临界水气化制氢工艺的能量梯级利用系统

说明书

一种用于超临界水气化制氢工艺的能量梯级利用系统，系统包括超临界水热燃烧反应器、超临界水气化反应器，超临界水气化反应器底部出口经第一预热器热流体侧、调温器热流体侧、调压器接至气相分离器入口，气相分离器底部出口经第一回热器热流体侧、增压泵、第二预热器冷流体侧接至超临界水热燃烧反应器顶部入口，超临界水热燃烧反应器底部中心与超临界水气化反应器之间经导流件接通；给水泵出口和第一回热器冷流体侧出口都分为两路，分别提供冷流体并最终送至混合器第一入口，混合器出口接入高效冷却套，高效冷却套出口经温压调控器与汽轮机入口接通，汽轮机出口与给水泵入口连接，本实用新型实现了煤炭气化制氢工艺中压能、热能的综合梯级利用。

技术领域

本实用新型属于能源清洁高效转化利用及节能环保技术领域，特别涉及一种用于超临界水气化制氢工艺的能量梯级利用系统。

背景技术

我国是一个“富煤少油缺气”的国家，在世界已探明的能源储量中，我国的煤炭占世界的15%，石油占2.7%，天然气占0.9%，这种能源结构决定了我国是以煤为主要能源消费的国家。氢气是目前石油化工领域中用量巨大的一种化工原料，广泛用于生产合成氨、油品、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。氢能作为一种洁净、高效可储存、可再生的能源受到人们越来越多的关注。制氢技术的发展是开发氢能系统的基础和前提。而氢的经济、大量生产与使用的基础是其制备原料足够丰富。相对于其它常规一次能源而言，中国的煤炭资源要丰富得多。以煤炭为原料制取氢气供给终端用户使用，并有效将制氢过程所产生物质的污染降低到最低水平，是一种具有广泛应用前景的环保型制氢路线。因此，在风能、太阳能、地热能及生物质能等新能源和其他可再生能源实现大规模商业化应用之前，煤制氢技术在中国会有十分广阔的发展前景。

超临界水是指温度和压力均高于其临界点 (Tc＝374.15℃，Pc＝22.12MPa)的特殊状态的水。超临界水气化技术是利用超临界水的特殊性质，在不加入氧化剂的前提下将反应物加入超临界水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。更高的反应温度有助于煤炭向H₂的转化，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（残炭）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。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，合理利用煤炭，保证体系能量利用效率与品质制氢效率，降低制氢能耗，本实用新型的目的在于提供一种用于超临界水气化制氢工艺尤其是碳基能源超临界水气化制氢工艺的能量梯级利用系统，通过协调匹配超临界水热燃烧放热、超临界水气化吸热以及多路径梯级回热利用技术方法，在无需提供能源补充的条件下，实现煤炭气化制氢工艺中热能的综合梯级利用。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种用于超临界水气化制氢工艺的能量梯级利用系统，包括超临界水热燃烧反应器、超临界水气化反应器，超临界水气化反应器底部出口经第一预热器热流体侧、调温器热流体侧、调压器接至气相分离器入口，气相分离器底部出口依次经第一回热器热流体侧、增压泵、第二预热器冷流体侧接至超临界水热燃烧反应器顶部入口，超临界水热燃烧反应器顶部入口还与氧化剂供应单元出口相连通，超临界水热燃烧反应器底部中心与超临界水气化反应器之间经导流件接通；

给水泵出口分为两路，第一路经调节阀、第二回热器冷流体侧接至混合器第一入口，第二路经调节阀接至第一回热器冷流体侧入口；第一回热器冷流体侧出口分为两路，一路直接与混合器第二入口接通，另一路经调节阀、调温器冷流体侧接至混合器第三入口；混合器出口接入高效冷却套，高效冷却套出口经温压调控器与汽轮机入口接通，汽轮机出口与给水泵入口相连接。