[发明专利]一种用于煤炭超临界热化学还原制氢的循环流化床反应器

说明书

本发明提供一种用于煤炭超临界热化学还原制氢的循环流化床反应器，该反应器能够使煤颗粒与超临界水充分接触，实现高浓度煤的高效气化；同时高操作气速使得单个反应器具有较高的效率和处理能力；床层近似无气泡，可以减轻几何结构的影响，使装置容易放大。

技术领域

本发明属于煤及可再生资源洁净转化利用领域，特别涉及一种用于煤炭超临界热化学还原制氢的循环流化床反应器及煤炭超临界热化学还原制氢方法。

背景技术

近年来我国水电、风电、光伏、核电以及地热等清洁能源的开发得到快速发展，但由于清洁能源的总量无法满足快速增长的经济发展需求以及成本较高等原因，煤在可预见的未来仍会是我国最主要的能源。因此研发洁净煤技术对于实现经济发展与环境保护具有重要的战略意义。

目前，煤的大规模清洁利用技术主要包括煤洁净发电技术和煤气化技术等。前者为传统的煤燃烧过程，从根源上不可避免地会产生大量粉尘、NO_x、SO_x等气体污染物以及重金属污染。为了解决这些问题，需要耗费大量的设备以及资金来进行脱硫、脱销。而传统的煤气化技术除了对煤种要求高外，气化过程仍然会不可避免地产生NO_x、SO_x等气体污染物，并不能从根本上解决煤炭利用过程中污染物的排放问题，因此，需要开发新的煤炭洁净转化利用技术。

超临界水(温度大于374℃，压力大于22.1MPa)具有优良的物理化学性质，这使得煤的超临界热化学还原制氢具有反应速率快、氢气含量高及原料适应性强等优点。同时，煤中的N、S化合物以液相形式排出，不会产生NO_x、SO_x等气体污染物。本实验室长期从事煤、生物质等有机废弃物超临界水气化制氢研究，于2002年发明了有机固态原料的超临界水气化制氢方法和装置(ZL02114529.6)，解决了高浓度物料高压多相连续输送的关键技术难题，在管流式反应器中实现了煤、生物质等原料的完全气化。但管流反应器容易出现壁面结渣堵塞，导致系统停机。进一步的，又于2007年发明了一种煤、生物质超临界水流化床气化/部分氧化制氢装置和方法(ZL200710017691.6)，解决了管式反应器存在的物料升温速率低、传热传质效率较低、催化剂搭载困难以及反应器结渣堵塞等难题，实现了高浓度生物质的高效气化。

但该反应器操作流速较低，单位时间内煤、生物质的处理量低。同时两相流动处于鼓泡流态化，反应器内一些重要参数，比如气固混合、传热特性以及反应气体的传质特性等，强烈依赖反应器的尺寸。气泡行为也带来了反应器效率的降低和反应器不易放大的难题。此外，超临界水煤气化的操作温度一般在650℃以上，压力在23～30MPa，随着气化炉内径变大，所需材料的厚度将快速增加，反应器成本快速增加，这使得气化炉的尺寸放大受到制约。因此超临界水的特殊性使得通过气化炉几何尺寸的放大以实现系统放大的传统方法不再适用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述难题，提供一种用于煤炭超临界热化学还原制氢的循环流化床反应器。该反应器能够使煤颗粒与超临界水充分接触，实现高浓度煤的高效气化；同时高操作气速使得单个反应器具有较高的效率和处理能力；床层近似无气泡，可以减轻几何结构的影响，使装置容易放大。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于煤炭超临界热化学还原制氢的循环流化床反应器，包括提升管和旋风分离器；提升管上端的提升管出口与旋风分离器上端的进气口连接，旋风分离器底部的排料口与提升管下端的返料口连接；提升管底部连接有下端盖，顶部连接有上端盖；

下端盖包括第一连接器、第一螺柱以及上下相对设置的下端盖上部分和下端盖下部分；下端盖上部分具有台阶面，该台阶面与第一连接器内表面接触；下端盖下部分具有台阶面，该台阶面上设置有第一半圆片，第一螺柱穿过第一连接器顶紧第一半圆片；