含碳物質(zhì)氣化方法、超臨界處理裝置及含碳物質(zhì)氣化系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種含碳物質(zhì)氣化方法、超臨界處理裝置及含碳物質(zhì)氣化系統(tǒng)，涉及含碳物質(zhì)氣化【技術(shù)領(lǐng)域】，為解決含碳物質(zhì)氣化后轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物中甲烷的產(chǎn)物產(chǎn)率較低的問題而發(fā)明。所述含碳物質(zhì)氣化方法，包括，將含碳反應(yīng)原料在第一超臨界狀態(tài)下進(jìn)行一級(jí)超臨界氣化反應(yīng)；使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物在第二超臨界狀態(tài)下進(jìn)行二級(jí)超臨界氣化反應(yīng)；其中，所述第一超臨界狀態(tài)為22.1-40Mpa和500℃-1000℃，所述第二超臨界狀態(tài)為22.1-40Mpa和374-600℃，且所述第一超臨界狀態(tài)的溫度高于所述第二超臨界狀態(tài)的溫度。本發(fā)明含碳物質(zhì)氣化方法以及超臨界處理裝置用于煤或其他含碳物質(zhì)氣化。
【專利說明】含碳物質(zhì)氣化方法、超臨界處理裝置及含碳物質(zhì)氣化系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含碳物質(zhì)氣化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種含碳物質(zhì)氣化方法、超臨界處理裝置及含碳物質(zhì)氣化系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]煤炭是我國(guó)的主要能源，若將煤直接燃燒，不但熱效率低，同時(shí)造成大氣污染，若將煤轉(zhuǎn)化為氫氣、甲烷等可燃?xì)怏w，則節(jié)能環(huán)保，同時(shí)，大規(guī)模管道輸送氣體，輸送費(fèi)用低。另一方面，將污泥、廢水、含碳廢棄物等含碳有機(jī)質(zhì)氣化為可燃?xì)怏w，實(shí)現(xiàn)了廢棄物再利用，因此，研究含碳物質(zhì)氣化技術(shù)意義重大。水的臨界溫度T = 374°C，臨界壓力P = 22.1Mpa,當(dāng)水的溫度和壓力超過臨界點(diǎn)時(shí)，稱為超臨界水，超臨界水因高溫而膨脹的水的密度等于因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度，此時(shí)，水的液體和氣體便沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。超臨界水具有與常溫常壓水完全不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，比如比熱容大、傳熱系數(shù)高、擴(kuò)散系數(shù)大、離子積高、粘度低、介電常數(shù)小、電離常數(shù)小、密度小且隨壓力改變、與有機(jī)物和氣體完全互溶等，因此，超臨界水在環(huán)保、化工、含碳物質(zhì)氣化、核電和火電、新材料合成等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，其中，將超臨界水應(yīng)用到含碳物質(zhì)氣化領(lǐng)域，超臨界水的特性可使得氣化反應(yīng)速度加快，提高反應(yīng)原料的轉(zhuǎn)化率等，由此，將超臨界水應(yīng)用在含碳物質(zhì)氣化【技術(shù)領(lǐng)域】越來越受到人們的關(guān)注。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，參照表1，將水煤漿在溫度較低的亞臨界狀態(tài)水中進(jìn)行反應(yīng)，并將反應(yīng)后的產(chǎn)物在催化劑存在下的條件下在溫度相對(duì)較高的超臨界狀態(tài)下發(fā)生催化反應(yīng)，得到含有氫氣、甲烷等可燃?xì)怏w的產(chǎn)物。表1中原料采用褐煤，將褐煤粉和水混合配制成質(zhì)量濃度為30^^35^^40%的水煤漿，將水煤漿在溫度較低的亞超臨界狀態(tài)I下進(jìn)行亞臨界反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物在溫度相對(duì)較高的超臨界狀態(tài)2下進(jìn)一步氣化反應(yīng)，最終得到的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率以及氣體產(chǎn)物中甲烷的產(chǎn)物產(chǎn)率均不高。
[0004]表1
[0005]

【權(quán)利要求】
1.一種含碳物質(zhì)氣化方法，其特征在于，包括: 將含碳反應(yīng)原料在第一超臨界狀態(tài)下進(jìn)行一級(jí)超臨界氣化反應(yīng)； 使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物在第二超臨界狀態(tài)下進(jìn)行二級(jí)超臨界氣化反應(yīng)； 其中，所述第一超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa和500°C -1000°C，所述第二超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa和374-600°C，且所述第一超臨界狀態(tài)的溫度高于所述第二超臨界狀態(tài)的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含碳物質(zhì)氣化的方法，其特征在于，所述第一超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa 和 650-950℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的含碳物質(zhì)氣化的方法，其特征在于，所述第二超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa 和 420 °C -550℃
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的含碳物質(zhì)氣化方法，其特征在于，所述使一級(jí)超臨界氣化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物在第二超臨界狀態(tài)下進(jìn)行二級(jí)超臨界氣化反應(yīng)包括:使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的溫度通過熱交換工藝達(dá)到第二超臨界狀態(tài)的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含碳物質(zhì)氣化方法，其特征在于，所述熱交換工藝包括: 通過冷卻水對(duì)一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降溫處理，使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的溫度達(dá)到第二超臨界狀態(tài)的溫度以下； 使經(jīng)過降溫處理后的一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物與處于第一超臨界狀態(tài)下的含碳反應(yīng)原料進(jìn)行熱交換，使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的溫度達(dá)到第二超臨界狀態(tài)的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含碳物質(zhì)氣化方法，其特征在于，所述熱交換工藝包括: 通過冷卻水對(duì)二級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行降溫處理； 使經(jīng)過降溫處理后的二級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物與一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行熱交換，使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物的溫度達(dá)到第二超臨界狀態(tài)的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的含碳物質(zhì)氣化的方法，其特征在于，還包括向含碳反應(yīng)原料內(nèi)添加催化劑，所述催化劑為堿金屬的氧化物、堿土金屬的氧化物、堿金屬的氫氧化物、堿土金屬的氫氧化物、堿金屬的鹽或堿土金屬的鹽中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的含碳物質(zhì)氣化的方法，其特征在于，還包括向含碳反應(yīng)原料內(nèi)添加氧化劑、氣化劑或工藝介質(zhì)中的一種或組合，所述氧化劑為氧氣、雙氧水或空氣，所述氣化劑為氫氣，所述工藝介質(zhì)為二氧化碳。
9.一種超臨界處理裝置，其特征在于，包括: 一級(jí)反應(yīng)筒，所述一級(jí)反應(yīng)筒設(shè)有原料入口，所述一級(jí)反應(yīng)筒用于使含碳反應(yīng)原料在第一超臨界狀態(tài)下進(jìn)行一級(jí)超臨界氣化反應(yīng)； 二級(jí)反應(yīng)筒，所述二級(jí)反應(yīng)筒與所述一級(jí)反應(yīng)筒連通，所述二級(jí)反應(yīng)筒用于使一級(jí)超臨界氣化反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物在第二超臨界狀態(tài)下進(jìn)行二級(jí)超臨界氣化反應(yīng)； 所述第一超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa和500°C -1000°C,所述第二超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa和374-600°C，且所述第一超臨界狀態(tài)的溫度高于所述第二超臨界狀態(tài)的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述第一超臨界狀態(tài)為22.l-40Mpa 和 650-950 0C0
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述第二超臨界狀態(tài)為.22.l-40Mpa 和 420 °C -550 0C0
12.根據(jù)權(quán)利要求9~11任一項(xiàng)所述的超臨界處理裝置，其特征在于，還包括熱交換裝置，所述熱交換裝置與所述一級(jí)反應(yīng)筒連通，所述熱交換裝置用于對(duì)一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行熱交換，以使一級(jí)超臨界反應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物溫度達(dá)到第二超臨界狀態(tài)的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述熱交換裝置為熱交換筒，所述熱交換筒設(shè)有冷卻水腔，所述熱交換筒套設(shè)于所述一級(jí)反應(yīng)筒外部，所述熱交換筒的側(cè)壁與所述一級(jí)反應(yīng)筒的側(cè)壁之間設(shè)有第一間隙，所述二級(jí)反應(yīng)筒設(shè)置于所述熱交換筒外，所述一級(jí)反應(yīng)筒、冷卻水腔、第一間隙以及二級(jí)反應(yīng)筒依次連通，所述二級(jí)反應(yīng)筒上設(shè)有產(chǎn)物出口。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述熱交換裝置為熱交換筒，所述熱交換筒設(shè)有冷卻水腔，所述熱交換筒套設(shè)于所述一級(jí)反應(yīng)筒和二級(jí)反應(yīng)筒外部，所述熱交換筒的側(cè)壁與所述二級(jí)反應(yīng)筒的側(cè)壁之間設(shè)有第二間隙，所述熱交換筒的側(cè)壁上開設(shè)有產(chǎn)物出口，所述一級(jí)反應(yīng)筒、二級(jí)反應(yīng)筒、冷卻水腔、第二間隙以及產(chǎn)物出口依次連通。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述冷卻水腔設(shè)置于所述熱交換筒的內(nèi)部下端，所述熱交換筒的底部開設(shè)有與所述冷卻水腔連通的冷卻水入口和渣水出口。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述冷卻水入口為多個(gè)且均勻設(shè)置于所述渣水出口的周圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求9~11任一項(xiàng)所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述一級(jí)反應(yīng)筒的內(nèi)壁設(shè)有耐高溫耐腐蝕層。
18.根據(jù)權(quán)利要求9~11任一項(xiàng)所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述一級(jí)反應(yīng)筒和二級(jí)反應(yīng)筒的內(nèi)徑比為1:0.9~1:0.5, —級(jí)反應(yīng)筒和二級(jí)反應(yīng)筒的長(zhǎng)度比為1:1~1:10。
19.根據(jù)權(quán)利要求9~11任一項(xiàng)所述的超臨界處理裝置，其特征在于，所述原料入口為多個(gè)，各所述原料入口等間距的設(shè)置在所述一級(jí)反應(yīng)筒頂部或者沿所述一級(jí)反應(yīng)筒周向均勻設(shè)置。
20.一種含碳物質(zhì)氣化系統(tǒng)，包括原料儲(chǔ)罐、高壓漿泵、高壓泵、第一換熱器、第二換熱器、氣化劑或氧化劑或工藝介質(zhì)的儲(chǔ)罐、固液氣分離裝置以及超臨界處理裝置，其特征在于，所述原料儲(chǔ)罐和所述高壓漿泵的一端連接，所述高壓漿泵的另一端和所述第一換熱器的一端連接，所述第一換熱器的另一端和所述超臨界處理裝置的原料入口連接，所述氣化劑或氧化劑或工藝介質(zhì)的儲(chǔ)罐和所述高壓泵的一端連接，所述高壓泵的另一端和所述超臨界處理裝置的原料入口連接，所述第二換熱器的一端和所述超臨界處理裝置的產(chǎn)物出口連接，所述第二換熱器的另一端和所述固液氣分離裝置連接，所述超臨界處理裝置為權(quán)利要求9~19中任一項(xiàng)所述的超臨界處理裝置。
【文檔編號(hào)】C10J3/72GK104130804SQ201410359422
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】程樂明, 趙曉, 王青, 高志遠(yuǎn), 宋成才, 曹雅琴, 宋慶峰, 史金濤 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司