[发明专利]一种超临界水气化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超临界水气化技术领域，尤其涉及一种解决超临界水气化工艺中焦油堵塞管路问题的方法及装置。

背景技术

超临界水是压力和温度均高于其临界点时的水。作为化学反应介质，它具有良好的传递和溶解特性。在此条件下，水的物理性质会产生许多显著变化，介电常数、导热系数、离子积以及粘度均减小或者降低，作为均匀的、有高扩散性，高传递特性的溶剂，可以溶解任意的有机化合物和气体。

超临界水处理系统，利用“水—物料”混合体系在没有界面传递限制的情况下可以进行高效率的化学反应，因此转化率非常高。在高温高压下，未完全转化的物料会变成焦炭，焦油则通过有机分子的高温热解生成，当反应后物料经过换热后温度降低，焦油的粘度增强，流动性变差，由于焦油和焦炭或其他固体颗粒的粘结和沉积，可导致反应几小时后就造成管路的堵塞。为了降低处理成本，提高系统处理效率，则原料的浓度越高越好，但原料浓度高，产生的焦油的量越大，会在短时间内造成管路的堵塞。为了避免堵塞现象，现有技术要么需要减少原料处理的浓度，以使焦油的产量减少，少量焦油不易聚集，分散在反应后物料中随废水排出系统，但是原料处理量的减少，使处理成本提高，系统效率低；要么维持或加大原料浓度，焦油堵塞后停车清洗，同时排泄固体料渣，间歇操作。

超临界水处理系统目前常用的换热器有板式换热器、管壳式换热器、浸渍式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器等。其中蛇管换热器和套管式换热器能够承受高压，特别是套管式换热器还具备传热系数大，传热推动力大的优点，在高压及超高压生产过程中所用的换热器几乎全部是套管式的。目前常用的解决套管式换热器堵塞的方法有：1.加振荡器或超声波来防止沉降结垢；2.通过提高压力和流量的方法来提高流速，使物料处于湍流状态，同时增加冲刷力，防止物料的沉降及粘结造成的堵塞；3.停车后针对堵塞段使用酸、碱或有机溶剂进行疏通。但是，方法1在高温高压下增加振荡器容易使管道连接处断裂，在高温高压条件下要尽量避免管路的震动；方法2通过增加流量来提高流速，在特定工艺条件下，停留时间是一定的，增加流速就意味着流量增加，停留时间变短，从而难以保证产品的产率和合格率；而方法3需要停车后处理，对连续运行的工艺来说，会使生产效率和成本均大大增加。

CN 101327908A公开了一种污泥在超临界水中连续催化气化制取富氢气体的方法，使污泥在超临界水的条件下，在催化剂的作用下发生气化反应，但在这个过程中会产生一定量的焦油，该发明并未给出回收和堵塞的解决方案。

CN 100386268A中公开的废弃有机废液无污染排放和资源利用的超临界水处理系统，物料在预热管内就会开始发生热解反应，产生焦油、焦炭，堵塞管路，并对最终的产物有很大影响，该发明提出的方案并不能够彻底解决焦油焦炭堵塞管路的问题。

CN 1418932A中公开了利用超临界水液化煤的萃取分离方法提取煤炭中的石油产品。该方法中采用超临界水将煤粉高速吸入水中，粉煤与水形成混合流体一同进入反应罐中的同步进料方式，进料、萃取、分离在液化反应过程中同时进行，反应后的油、水、汽混合物经过一级分离器和二级分离器降压后进入储液罐，然后再用有机溶剂进行萃取分离。固体废料在反应器罐底堆积到一定高度后中断进料，进行间歇排放。该发明采用釜式反应器，煤在反应釜中更易沉降，使煤与超临界水介质混合均匀性变差，排渣过程仍需要间歇操作，且需要在降压后再进行有机溶剂对焦油的萃取过程，另外在该发明工艺过程中未涉及热物料热量的回收利用，增加生产成本。

上述现有技术方案均未解决焦油堵塞和原料处理量的矛盾问题，且间歇操作造成能量大量损失，生产成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提出一种具有系统油收率高、原料处理量大、生产成本低的超临界水气化方法及装置。

为达此目的，本发明提供以下技术方案：

一种超临界水气化方法，包括使原料在水的超临界状态下进行气化反应，得到含焦油的反应后物料，并且，还包括向反应后物料中加入有机溶剂以形成油混物的溶油步骤。

本发明提出通过向超临界水气化的反应后物料中加入有机溶剂的手段来溶解焦油，以解决焦油易堵塞管路的问题。所述原料为能够在超临界水条件下被气化并且产生焦油的原料，优选为煤、生物质、污泥或废塑料，或其中至少两种的混合物，本领域技术人员可以在现有技术的基础上根据原料产生焦油的成分的不同，选择能够溶解焦油的有机溶剂的种类，并且以能够溶解焦油并且易于分离为目的选择有机溶剂的加入量以及加入方式等，本发明并无特殊限制。