[发明专利]一种用于超临界水流化床制氢放大研究的装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于超临界水流化床制氢放大研究的装置及方法，包括水箱、储料箱、高压柱塞泵、原料处理器、第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器、第四流化床反应器、管式换热器、预热器、第二高压柱塞泵、冷却器、背压阀、高压分离器、高压背压阀、低压背压阀、低压分离器、气相色谱仪、TOC分析仪、多个阀门、多个流量计、温度测控系统、压力测控系统以及连接的管道。本发明独有的放大系统、合适的逻辑结构以及精巧的结构设置为超临界水流化床制氢技术的放大研究提供了一种可操作的实验装置。

技术领域

本发明属于煤炭洁净转化利用、制氢以及物理实验设备技术领域，特别涉及一种用于超临界水流化床制氢放大研究的装置及方法。

背景技术

超临界水流化床制氢技术，利用超临界水的特殊物理化学性质，使煤中的碳快速高效地还原水中的氢生成氢气，避免了煤炭常规转化过程中的能量品质耗损，实现了煤炭化学能到氢能的直接转化。有别于污染物先生成后治理的传统模式，超临界水流化床制氢过程中煤里所含硫、氮及重金属元素等各种无机成分以沉渣形式集中排出并可资源化利用，从源头上杜绝了各种污染物的产生和排放。气化产物中H₂、C0₂浓度高，可方便分离、富集并用于生产高附加值的化工产品。目前国内外众多学者对超临界水流化床制氢技术展开了深入研究，但是其中绝大多数研究集中于实验室尺度或者中试尺度。并且由于对多相流特性和放大规则的了解不足，因此无法将实验室尺度得到的理论直接运用到工业规模，阻碍超临界水流化床制氢技术的推广。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于超临界水流化床制氢放大研究的装置及方法。

本技术采用的技术方案是：一种用于超临界水流化床制氢放大研究的装置及方法，包括水箱、储料箱、高压柱塞泵、原料处理器、第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器、第四流化床反应器、管式换热器、预热器、第二高压柱塞泵、冷却器、背压阀、高压分离器、高压背压阀、低压背压阀、低压分离器、气相色谱仪、TOC分析仪、多个阀门、多个流量计、温度测控系统、压力测控系统以及连接的管道；其特征在于：

该装置主要分为四个系统上料系统、放大系统、加热系统和分析系统。上料系统包括水箱、储料箱、高压柱塞泵和原料处理器。放大系统包括第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器和第四流化床反应器。加热系统包括管式换热器和预热器。分析系统包括第二高压柱塞泵、冷却器、背压阀、高压分离器、高压背压阀、低压背压阀、低压分离器、气相色谱仪和TOC分析仪。

放大系统中第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器和第四流化床反应器的内部构造相同，尺寸大小按比列进行放大。第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器和第四流化床反应器垂直布置。第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器和第四流化床反应器构造包括进风口、布风板、流化床反应器主体、出风口、进料口、加热器以及隔热层。其中进风口和流化床反应器主体通过法兰将布风板固定连接，并利用耐热的高性能橡胶垫圈进行密封。且进风口成漏斗状，并且与流化床反应器主体连接的位置有圆环形突起，便于将布风板密封固定在与流化床反应器主体形成的腔室内。布风板采用多孔泡沫金属。例如，泡沫金属镍。流化床反应器主体与出风口利用法兰连接，并利用耐热的高性能橡胶垫圈进行密封。流化床反应器主体的侧壁安装有进料口。并且流化床反应器主体外部布置加热器和隔热层，以实现反应温度控制。流化床反应器主体内部均匀布置有温度传感器，便于了解流化床反应器内部的温度场，同时在第一流化床反应器、第二流化床反应器、第三流化床反应器和第四流化床反应器前后安装有压力传感器，便于了解流体流过反应器的压降。其中温度传感器采用K型铠装热电偶，压力传感器采用Keller PA23/8465压力传感器。

加热系统中，管式换热器利用来自放大系统中混合工质的热量对来自水箱的水进行预热。不但减少了将水加热到超临界水所需要的能量消耗，而且降低了混合工质的温度，为后续混合工质的成分定量测定提供了便利。