CN106047419A - 一种超临界水高效气化无烟煤的装置及工作方法 - Google Patents

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金辉
朱超
张德明
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Abstract

本发明公开了一种超临界水高效气化无烟煤的装置及工作方法，包括具有超临界水入口和浆料入口的螺旋盘管，螺旋盘管的出口端连接立式超临界水气化反应器的反应器入口，立式超临界水气化反应器的反应器出口连接下游装置，螺旋盘管内径较小，超临界水流速极大，且相比于一般的直管，螺旋盘管能够加强超临界水与浆料的混合程度，混合均匀的反应物在反应器中反应更加完全，提高煤的气化率；本装置结构简单紧凑，便于生产加工与安装维护。

Description

一种超临界水高效气化无烟煤的装置及工作方法
技术领域
本发明属于洁净能源转化领域，具体涉及一种超临界水高效气化无烟煤的装置及工作方法。
背景技术
无烟煤是指挥发分低于10％的煤。我国无烟煤资源丰富，分布面积广，无烟煤产量巨大。通常处理使用无烟煤的途径有：合成氨，作为高炉喷吹燃料与烧结矿燃料等等。然而无烟煤挥发分释出温度较高，挥发分含量低，着火点高，燃烧性差，燃尽较困难。因此，在工业应用中，无烟煤的使用常会带来管道堵塞、效率低下等不良后果。
超临界水(Supercritical water，简称SCW)是指温度大于374℃，压力大于22.1MPa条件下的水。超临界水具有优良的物理化学性质，仅有少量氢键，介电常数低，扩散系数高，分子迁移率高，对有机物具有高溶解性，这些特性使得超临界水的化学反应速率极高。超临界水有利于煤中酯键和醚键的水解，可以在较短的时间内将煤转化为富含氢气的可燃气体，相比于水蒸气，使用超临界水气化煤可以使反应速率增加几十甚至上百倍。反应中产生的固体废弃物可以通过排渣器排出反应器，而不会残留于反应系统中造成堵塞等困难。
现有的超临界水气化装置难以解决“超临界水-物料”体系接触面积，混合不完全，反应速率不高，且没有专门针对无烟煤挥发分释出温度高，燃烧性差，机械强度大等特点设计的反应器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种超临界水高效气化无烟煤的装置及工作方法，该装置能够使超临界水与无烟煤充分混合，优化反应条件，提升反应速率，增强气化效率，该装置结构紧凑、简洁。同时，控制NOx、SO2等污染物的排放，为无烟煤的应用提供一种清洁高效的利用途径。
为了达到上述目的，一种超临界水高效气化无烟煤的装置，包括具有超临界水入口和浆料入口的螺旋盘管，螺旋盘管的出口端连接立式超临界水气化反应器的反应器入口，立式超临界水气化反应器的反应器出口连接下游装置。
所述反应器入口开设在立式超临界水气化反应器的顶部、上部、中部、下部或底部。
所述螺旋盘管和立式超临界水气化反应器采用传统加热方式或新能源加热方式。
所述传统加热方式包括采用电加热或将螺旋盘管和立式超临界水气化反应器置于燃气炉中加热等。
所述新能源加热方式包括太阳能加热等。
一种超临界水高效气化无烟煤的装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，在螺旋盘管的超临界水入口通入超临界水，在浆料入口通入无烟煤浆料，在螺旋盘管内，无烟煤浆料与超临界水充分混合且迅速提高无烟煤浆料的温度；
步骤二，将提高温度后的无烟煤浆料送入立式超临界水气化反应器中；
步骤三，在立式超临界水气化反应器中，无烟煤浆料与超临界水在更高的温度下反应，即可使无烟煤充分气化。
所述步骤一中，提高无烟煤浆料的温度采用传统加热方式或新能源加热方式。
所述步骤三中，立式超临界水气化反应器的加热采用传统加热方式或新能源加热方式。
与现有技术相比，本发明的装置将螺旋盘管和立式超临界水气化反应器连接在一起，螺旋盘管内径较小，超临界水流速极大，且相比于一般的直管，螺旋盘管能够加强超临界水与浆料的混合程度，混合均匀的反应物在反应器中反应更加完全，提高煤的气化率；本装置结构简单紧凑，便于生产加工与安装维护。
进一步的，本发明的螺旋盘管和立式超临界水气化反应器能够加热，精准地控制合适温度，在反应物混合阶段可以将浆料迅速升温，且无烟煤挥发分释出温度较高又不至带来副产物影响气化效果。
本发明的方法结合超临界水优良特性，针对无烟煤燃烧性差、挥发分含量低的特点，变废为宝，气化为富含氢气的可燃气体，且N、S以无机盐的形式沉积，产物中不含NOx、SOx等污染物。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1、超临界水入口；2、浆料入口；3、反应器入口；4、反应器出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种超临界水高效气化无烟煤的装置，包括具有超临界水入口1和浆料入口2的螺旋盘管，螺旋盘管的出口端连接立式超临界水气化反应器的反应器入口3，立式超临界水气化反应器的反应器出口4连接下游装置，反应器入口3开设在立式超临界水气化反应器的顶部、上部、中部、下部或底部，螺旋盘管和立式超临界水气化反应器采用传统加热方式或新能源加热方式。
优选的，传统加热方式包括采用电加热或将螺旋盘管和立式超临界水气化反应器置于燃气炉中加热，新能源加热方式包括太阳能加热。
一种超临界水高效气化无烟煤的装置的工作方法，包括以下步骤：
步骤一，在螺旋盘管的超临界水入口1通入超临界水，在浆料入口2通入无烟煤浆料，在螺旋盘管内，无烟煤浆料与超临界水充分混合且采用电加热迅速提高无烟煤浆料的温度；由于无烟煤挥发分含量少且挥发分释出温度较高，因此不会在螺旋盘管内反应产生粘结性较强的物质而阻塞管道；
步骤二，将提高后的无烟煤浆料送入立式超临界水气化反应器中；
步骤三，在立式超临界水气化反应器中，采用燃气炉加热使无烟煤浆料与超临界水在更高的温度下反应，即可使无烟煤充分气化。
在立式超临界水气化反应器中，浆料与超临界水在更高的温度下反应，由于已充分混合，故超临界水气化反应具有极大的反应物接触面积，反应速率快，可以将无烟煤充分气化。无烟煤所含灰分较多，经过本装置的气化后会产生以灰分为主的残渣，产生的残渣可由排渣装置排出反应器，对于整个反应系统的稳定性以及连续性不会造成不良影响。
以上实施例仅为举例说明，业内人士通过简单的改变而依然实现本功能的方法与装置也应涵盖在对本专利的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种超临界水高效气化无烟煤的装置，其特征在于，包括具有超临界水入口(1)和浆料入口(2)的螺旋盘管，螺旋盘管的出口端连接立式超临界水气化反应器的反应器入口(3)，立式超临界水气化反应器的反应器出口(4)连接下游装置。
2.根据权利要求1所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置，其特征在于，所述反应器入口(3)开设在立式超临界水气化反应器的顶部、上部、中部、下部或底部。
3.根据权利要求1所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置，其特征在于，所述螺旋盘管和立式超临界水气化反应器采用传统加热方式或新能源加热方式。
4.根据权利要求3所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置，其特征在于，所述传统加热方式包括采用电加热或将螺旋盘管和立式超临界水气化反应器置于燃气炉中加热。
5.根据权利要求3所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置，其特征在于，所述新能源加热方式包括太阳能加热。
6.权利要求1所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在螺旋盘管的超临界水入口(1)通入超临界水，在浆料入口(2)通入无烟煤浆料，在螺旋盘管内，无烟煤浆料与超临界水充分混合且迅速提高无烟煤浆料的温度；
步骤二，将提高温度后的无烟煤浆料送入立式超临界水气化反应器中；
步骤三，在立式超临界水气化反应器中，无烟煤浆料与超临界水在更高的温度下反应，即可使无烟煤充分气化。
7.根据权利要求6所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置的工作方法，其特征在于，所述步骤一中，提高无烟煤浆料的温度采用电加热或燃气炉加热。
8.根据权利要求6所述的一种超临界水高效气化无烟煤的装置的工作方法，其特征在于，所述步骤三中，立式超临界水气化反应器的加热采用电加热或燃气炉加热。
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