本發(fā)明屬于能源清潔利用及有機廢棄物高效處理領域，涉及一種連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末系統(tǒng)及方法。

背景技術：

蘭炭是指由無黏結性或弱黏結性的高揮發(fā)分煙煤在中低溫條件下干餾熱解，得到的較低揮發(fā)份的固體炭質(zhì)產(chǎn)品。經(jīng)過20多年的發(fā)展，蘭炭產(chǎn)業(yè)已成為承接原煤生產(chǎn)和煤化工及載能工業(yè)、市場遍布全國、生產(chǎn)集中在陜蒙晉寧接壤區(qū)的特色產(chǎn)業(yè)。隨著原煤開采設備的不斷升級改進，開采出的原煤中塊煤所占份額變少，而末煤所占份額變多。這導致煤化工產(chǎn)生的蘭炭中，塊狀蘭炭變少，而蘭炭末變多。蘭炭末是指粒度小于6mm的蘭炭?，F(xiàn)在全國蘭炭產(chǎn)能已達6500萬t/a以上，其中約10％左右為蘭炭末，也就是每年有大約650萬噸蘭炭末產(chǎn)生。

現(xiàn)在大量蘭炭末被用來摻雜煤粉作為鍋爐原料燃燒，但是由于蘭炭本身揮發(fā)分含量低，燃繞困難，造成鍋爐效率下降。也有一小部分蘭炭末被用來生產(chǎn)型焦或者活性炭，但仍沒有取得好的利用效果。因此尋找一種清潔高效的蘭炭末利用方式將是非常有必要的。

超臨界水具有很多特殊的性質(zhì)，它的表面張力幾乎為零，是一種均勻的、有高擴散性、高傳遞特性的非極性溶劑。作為化學反應介質(zhì)，它具有良好的傳遞和溶解特性，有機物和一些永久性氣體比如氮氣、氫氣、氧氣等均能與超臨界水以任意比混溶。并且超臨界水的物性很容易通過調(diào)節(jié)溫度和壓力來實現(xiàn)控制。

而蘭炭末作為一種多孔結構的炭質(zhì)材料，有利于超臨界水滲透到蘭炭顆粒內(nèi)部，使蘭炭末在超臨界水中能夠高效氣化，并促進氣化反應完全。

因此利用超臨界水氣化蘭炭末制氫將是一種有前景的蘭炭末利用方法，然而現(xiàn)在沒有能夠連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末的技術。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)超臨界水氣化蘭炭末。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末系統(tǒng)包括超臨界水流化床反應器、換熱器、冷卻器、排渣鎖斗、氣液分離器、熱源、儲料罐及水箱；

水箱的出水口與換熱器的冷流體入口相連通，換熱器的冷流體出口經(jīng)熱源與超臨界水流化床反應器的預熱水入口相連通，儲料罐的出料口與超臨界水流化床反應器的漿料入口相連通，超臨界水流化床反應器的出口與換熱器的熱流體入口相連通，換熱器的熱流體出口經(jīng)冷卻器與氣液分離器的入口相連通，氣液分離器的液體出口與水箱的入口相連通，排渣鎖斗的入口與超臨界水流化床反應器的殘渣出口相連通。

水箱的出水口經(jīng)預熱水泵與換熱器的冷流體入口相連通。

儲料罐的出料口經(jīng)泥漿泵與超臨界水流化床反應器的漿料入口相連通。

冷卻器與氣液分離器之間設有背壓閥。

本發(fā)明所述的連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末方法包括以下步驟：

1)將蘭炭進行粉碎，并將粉碎后的蘭炭制備成蘭炭漿料，再將蘭炭漿料加入到儲料罐中；

2)水箱中的水經(jīng)換熱器及熱源進入到超臨界水流化床反應器中，使超臨界水流化床反應器內(nèi)的壓力穩(wěn)定在超臨界壓力以上；

3)啟動熱源，通過換熱器及熱源對進入到超臨界水流化床反應器中的水進行預熱，使超臨界水流化床反應器內(nèi)水的水溫達到預設溫度；

4)將儲料罐中的蘭炭漿料注入到超臨界水流化床反應器中進行氣化反應，其中，氣化反應產(chǎn)生的氣體與超臨界水的混合物進入到換熱器中，并與進入到換熱器冷端中的水進行換熱，然后再進入到氣液分離器中進行氣液分離，其中，分離出來的液體進入到水箱中，分離出來的氣體回收利用，氣化反應產(chǎn)生的殘渣通過排渣鎖斗收集。

通過超臨界水流化床反應器實現(xiàn)對不同粒度的蘭炭在不同預熱水溫度、不同反應器壓力、不同預熱水流量、不同漿料濃度、不同漿料流量下的超臨界水氣化反應。

步驟4)中氣液分離器輸出的氣體經(jīng)分離提純后作為清潔能源或化工原料使用。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末系統(tǒng)及方法在具體操作時，先對蘭炭進行粉碎，再將粉碎后的蘭炭制備成蘭炭漿料，蘭炭漿料與超臨界水在超臨界水流化床反應器中進行反應，從而將蘭炭分解成氣體產(chǎn)物及殘渣，其中，殘渣經(jīng)排渣鎖斗回收，氣體產(chǎn)物經(jīng)氣液分離器分離回收，從而實現(xiàn)超臨界水氣化蘭炭末。同時，在操作時，通過分解出來的氣體產(chǎn)物對水進行預熱形成預熱水，然后再將預熱水通過熱源加熱后通入到超臨界水流化床反應器中，實現(xiàn)熱量的回收利用，殘渣通過排渣鎖斗回收，防止殘渣堵塞超臨界水流化床反應器，據(jù)檢測，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)碳氣化率95.26％，氫氣產(chǎn)量為85.9mol/kg。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

其中，1為超臨界水流化床反應器、2為換熱器、3為冷卻器、4為背壓閥、5為氣液分離器、6為熱源、7為排渣鎖斗、8為儲料罐、9為水箱、10為泥漿泵、11為預熱水泵。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末系統(tǒng)包括超臨界水流化床反應器1、換熱器2、冷卻器3、排渣鎖斗7、氣液分離器5、熱源6、儲料罐8及水箱9；水箱9的出水口與換熱器2的冷流體入口相連通，換熱器2的冷流體出口經(jīng)熱源6與超臨界水流化床反應器1的預熱水入口相連通，儲料罐8的出料口與超臨界水流化床反應器1的漿料入口相連通，超臨界水流化床反應器1的出口與換熱器2的熱流體入口相連通，換熱器2的熱流體出口經(jīng)冷卻器3與氣液分離器5的入口相連通，氣液分離器5的液體出口與水箱9的入口相連通，排渣鎖斗7的入口與超臨界水流化床反應器1的殘渣出口相連通。

水箱9的出水口經(jīng)預熱水泵11與換熱器2的冷流體入口相連通；儲料罐8的出料口經(jīng)泥漿泵10與超臨界水流化床反應器1的漿料入口相連通；冷卻器3與氣液分離器5之間設有背壓閥4。

本發(fā)明所述的連續(xù)式超臨界水氣化蘭炭末方法包括以下步驟：

1)將蘭炭進行粉碎，并將粉碎后的蘭炭制備成蘭炭漿料，再將蘭炭漿料加入到儲料罐8中；

2)水箱9中的水經(jīng)換熱器2及熱源6進入到超臨界水流化床反應器1中，使超臨界水流化床反應器1內(nèi)的壓力穩(wěn)定在超臨界壓力以上；

3)啟動熱源6，通過換熱器2及熱源6對進入到超臨界水流化床反應器1中的水進行預熱，使超臨界水流化床反應器1內(nèi)水的水溫達到預設溫度；

4)將儲料罐8中的蘭炭漿料注入到超臨界水流化床反應器1中進行氣化反應，其中，氣化反應產(chǎn)生的氣體與超臨界水的混合物進入到換熱器2中，并與進入到換熱器2冷端中的水進行換熱，然后再進入到氣液分離器5中進行氣液分離，其中，分離出來的液體進入到水箱9中，分離出來的氣體回收利用，氣化反應產(chǎn)生的殘渣通過排渣鎖斗7收集。

通過超臨界水流化床反應器1實現(xiàn)對不同粒度的蘭炭在不同預熱水溫度、不同反應器壓力、不同預熱水流量、不同漿料濃度、不同漿料流量下的超臨界水氣化反應。

步驟4)中氣液分離器5輸出的氣體經(jīng)分離提純后作為清潔能源或化工原料使用。

本發(fā)明采用超臨界水流化床反應器1，在超臨界水流化床反應器1中蘭炭顆粒呈流化狀態(tài)，可以大幅度提高顆粒在超臨界水流化床反應器1中的反應時間，并且顆粒與超臨界水之間有較強的傳熱傳質(zhì)。

本發(fā)明可以實現(xiàn)對不同粒度的蘭炭在不同預熱水溫度、不同反應器壓力、不同預熱水流量、不同漿料濃度、不同漿料流量下的超臨界水氣化反應。

熱源6為鍋爐燃燒加熱、電加熱和太陽能加熱等加熱方式的一種或多種。

實施例一

在預熱水溫度為660℃、反應器內(nèi)壓力為23MPa、預熱水流量為60g/min、物料流量為20g/min、物料濃度為10wt％、碳酸鉀添加量為5wt％時，碳氣化率可以達到95.26％，其中，碳氣化率為氣態(tài)產(chǎn)物中碳元素的質(zhì)量與原料中碳元素的質(zhì)量的比值，氫氣產(chǎn)量達到85.9mol/kg，即一噸蘭炭末可產(chǎn)氫氣1924.16Nm3，表明本發(fā)明中提供的系統(tǒng)及方法可以實現(xiàn)蘭炭末的清潔高效轉化，證明超臨界水氣化蘭炭末制氫將是一種有前景的蘭炭末利用方法。

本實例中所述的僅是本發(fā)明的一個特定實施例，而不是全部實例。在本發(fā)明的實施例基礎上，本領域的技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范疇。