[发明专利]一种热量自供型超临界水制氢系统

说明书

本发明公开了一种热量自供型超临界水制氢系统包括：由顶盖、上部圆柱段、下部圆锥段组成的超临界水反应器，顶盖的中心设置产物出口；上循环流体加热套壳，设置在上部圆柱段的外侧；废液水平注入管，设置在上部圆柱段的底部；下循环流体冷却套壳，设置在下部圆锥段的外侧；旋流同轴喷嘴，设置在下部圆锥段的底部；固液分离器，与产物出口相连接，固液分离器的固体产物进入废液储罐，固液分离器的液相产物进入气液分离器；气液分离器的液体产物出口连接至有机浓缩装置形成高浓有机溶液增压进入中心燃料注入管。通过本发明的技术方案，产物中的固相颗粒补充废液，液相中的有机质补充辅助燃料，使得最终产物只有富氢燃气，避免了残液残渣的产生。

技术领域

本发明涉及超临界水系统技术领域，具体而言，涉及一种热量自供型超临界水制氢系统。

背景技术

超临界水(PC22.1MPa，TC374℃)是一种特殊的反应介质。在超临界水的环境下，有机物和气体可完全互溶，气液两相的相界面消失，形成均一相体系，反应速度大大加快。在较短的停留时间内，有机物可迅速降解气化成富氢气体产物，该过程无SO₂、NO_x、二恶英等二次污染物的产生。

然而，由于超临界水气化反应需要高温条件，物料需要预热至超临界温度，而这一过程需要大量的热能输入，不但工艺能耗大成本高，而且高含固有机废弃物在预热段容易结垢和堵塞，由于高含固有机废弃物中大量固相颗粒的存在，容易堆积显著增加传热传质阻力，导致超临界水气化反应效率不高，严重抑制了反应速率和产气率，而且容易附加产生残液残渣，相关技术中一般采用机械手段在反应器内搅拌或者加大反应器尺寸延长反应停留时间，但在超临界水反应条件下，搅拌装置安装和密封都较为困难，反应器尺寸过大会导致投资过大，且仍然存在制氢能耗大、效率低，容易附加产生残液残渣等问题。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种热量自供型超临界水制氢系统，通过辅助燃料在反应器内形成热液火焰，实现高含固废液常温注入快速充分预热，通过反应器的独特结构设计，使得旋流热液火焰快速充分预热废液，在加速废液中颗粒的降解反应同时，不能反应的大颗粒落入热液火焰中，降解补充热量，产物中的固相颗粒补充废液，液相中的有机质补充辅助燃料，使得最终产物只有富氢燃气，实现高含固有机废液的彻底降解利用，避免残液残渣的产生。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

一种热量自供型超临界水制氢系统，包括：超临界水反应器，所述超临界水反应器包括同轴设置且相连接的顶盖、上部圆柱段、下部圆锥段，所述顶盖的中心设置产物出口；上循环流体加热套壳，同轴设置在所述上部圆柱段的外侧，所述上循环流体加热套壳的顶部设置第一循环流体入口，底部设置第一循环流体出口；多个废液水平注入管，沿圆周均匀设置在所述上部圆柱段的底部，废液水平注入管以两两平行并偏离中心轴距离r相向输入反应器内，并在相应的输入水平圆截面形成一个半径为r的虚拟圆；下循环流体冷却套壳，同轴设置在所述下部圆锥段的外侧，所述下循环流体冷却外套壳的顶部设置第二循环流体入口，底部设置第二循环流体出口；旋流同轴喷嘴，设置在所述下部圆锥段的底部，所述旋流同轴喷嘴包括中心燃料注入管和外层切向氧气注入管；固液分离器，与反应器的产物出口相连接，所述固液分离器的固体产物出口经阀门连接至废液储罐，所述固液分离器的液相产物经背压阀降压后进入气液分离器；所述气液分离器的气体产物出口连接至富氢气体浓缩装置，所述气液分离器的液体产物出口连接至有机浓缩装置形成高浓有机溶液经补充增压泵增压进入所述中心燃料注入管。

优选地，沿圆周均匀布置4根或者6根或者8根所述废液水平注入管。

优选地，热量自供型超临界水制氢系统还包括：辅助燃料增压泵，所述辅助燃料增压泵的进料口与辅助燃料罐相连接，所述辅助燃料增压泵的出料口经预热器、加热器连接至所述中心燃料注入管，辅助燃料通过所述辅助燃料增压泵增压至23MPa以上，通过所述预热器和加热器增温至400℃～550℃。