一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备 |
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| 申请号 | CN202110823805.6 | 申请日 | 2021-07-21 | 公开(公告)号 | CN113403112B | 公开(公告)日 | 2024-04-23 |
| 申请人 | 北京化工大学; | 发明人 | 杨卫民; 黎昊为; 丁玉梅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种超超临界 蒸汽 有机物热 裂解气 化装备。针对生活垃圾的大量排放在一定程度上对 能源 与环境造成潜在威胁这一问题，本发明提出一种超超临界蒸汽发生炉，采用高频电磁加热的方法，将液态 水 转化为高温高压超超临界蒸汽。再将超超蒸汽通向有机物表面，使有机物发生 碳 化，有机物中的碳元素形成无定型 炭黑 ；有机物中的氢元素变为游离状态，进而可以转化为氢气、甲烷等能源气体，收集后可储存便于进一步利用。本发明通过装置及工艺创新设计，可将废弃有机物在超超临界蒸汽作用下进行高效裂解，进而实现 聚合物 与氢气能源物质的可持续转化和储存。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备，其特征在于：由超超临界蒸汽发生炉、传送带、蒸汽喷头、裂解反应室、泵体、气液分离器以及储罐组成，超超临界蒸汽发生炉由加热炉壳体、端盖、保温隔热层、入水口、喷淋管、超超临界蒸汽出口、加热炉炉芯、高频电磁加热装置、排净口、温度与压力传感器、电磁阀、止回阀、炉芯支撑架、电磁阀、温度与压力传感器和止回阀组成，将水通过入水口加入到超超临界蒸汽发生炉中，在加热成超超临界蒸汽；超超临界蒸汽从蒸汽发生炉中经超超临界蒸汽出口排出后，通过蒸汽喷头进入裂解反应室，蒸汽喷头位于传送带下方；用传送带将待裂解有机物送入裂解反应室中，在超超临界蒸汽的高温高压作用下，发生碳化，生成炭黑和氢气、烷烃和水蒸气的混合气体；炭黑为固态，继续通过传送带收集；生成的混合气体在反应室上方经过泵送至气液分离器中，冷却后产生的液态水与烷烃和氢气；气液分离器底部排净口与加热炉入水口相连接，冷却水继续加入超超临界蒸汽发生炉中循环利用，生成的氢气及有机物气体则输送至储罐，进一步分离后实现烷烃储存。 |
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| 说明书全文 | 一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备技术领域背景技术[0003] 生物质能因具有可再生性和低污染性的特点得到了越来越多的科研工作者的关注和研究。热解是生物质能的主要获取方法，在300℃时生物质即发生热解反应，300～400℃时生物质就可以释放出70％左右的挥发组分，传统的加热方法有燃气加热和电加热等，但由于装置加热面积的限制，以上方法存在着能源消耗大，转化效率低的缺点。超超临界蒸汽指温度达600℃以上的蒸汽，远超过生物质热解温度。传统的热裂解工艺中需要对反应室通入惰性气体或抽真空的方式来隔绝氧气，若使用蒸汽加热则可使反应物被蒸汽所包裹，极大地减少了反应时氧气含量，从而大大简化了工艺流程。 [0004] 公开号为CN 108249393 A的发明专利《采用超临界过热蒸汽水与煤浆热裂解制氢气的设备和方法》提出了超临界过热蒸汽水与煤浆热裂解制氢气的设备和方法，采用采用超临界过热蒸汽水与煤浆热裂解制氢气的设备由煤浆供应系统、超临界过热蒸汽水供给系统、内混合形成混合物、反应通道、气体收集装置组成。该方案能够将现有的各种煤、贫煤、油页岩、煤矸石等此类资源充分利用并转换成氢气，具有多种资源充分利用制氢成本低的优点。但该方案属于化石能源向氢能源之间的转化，转化效率有待进一步考证。 发明内容[0005] 针对严峻的能源环境问题，本发明提出超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备，创新采用高频电磁加热的方法，将液态水转化为高温高压超超临界蒸汽。再将超超临界蒸汽通向有机物，在其包裹表面形成无氧环境，并在高温下使有机物发生碳化，有机物中的碳元素形成无定型炭黑；有机物中的氢元素变为游离状态，进而可以转化为氢气、甲烷等能源气体，收集后可储存便于进一步利用。 [0006] 为实现上述功能，本发明采用的技术方案如下：一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备，由超超临界蒸汽发生炉、传送带、蒸汽喷头、裂解反应室、泵体、气液分离器以及储罐组成。将水通过入水口加入到到超超临界蒸汽发生炉中，在加热成超超临界蒸汽；超超临界蒸汽从蒸汽发生炉中经超超临界蒸汽出口排出后，通过蒸汽喷头进入裂解反应室，蒸汽喷头位于传送带下方；用传送带将待裂解有机物送入裂解反应室中，在超超临界蒸汽的高温高压作用下，发生碳化，生成炭黑和氢气、烷烃、水蒸气等气体；炭黑为固态，继续通过传送带收集，可作为化工原料进一步回收利用；生成的气体(氢气、烷烃以及水蒸气)在反应室上方经过泵送至气液分离器中，冷却后产生的液态水与烷烃、氢气等气态物质；气液分离器底部排净口与加热炉入水口相连接，冷却水可继续加入超超临界蒸汽发生炉中循环利用，生成的氢气及有机物气体则输送至储罐，进一步分离后可实现烷烃储存。本发明的核心设备为超超临界蒸汽发生炉，由加热炉壳体、端盖、保温隔热层、入水口、喷淋管、超超临界蒸汽出口、加热炉炉芯、高频电磁加热装置、排净口、温度与压力传感器、电磁阀、止回阀、炉芯支撑架、电磁阀、温度与压力传感器和止回阀组成。 [0007] 为提高热解速率可进行如下优化： [0009] (2)在传送带上增加大小合适的空隙，有一定量的蒸汽能穿过传送带，便于有机物与蒸汽接触。 [0010] (3)选用导热性能好的材料制作传送带，选用铜带、石墨或石墨涂层制作传送带等，超超临界蒸汽喷向有机物时透过有机物的空隙，传送带的温度也能快速上升，使有机物受热均匀，防止与传送带接触的物料温度太低。 [0011] 本发明超超临界蒸汽聚合物裂解制氢装置及方法，其优点和作用为：通过超超临界蒸汽有机物热裂解气化实现有机物与烷烃的转化，并实现烷烃的有效储存，采用电磁加热有机物与烷烃的转化，可在一定程度上缓解能源环境问题。附图说明 [0012] 图1是本发明一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备热裂解工艺流程图。 [0013] 图2是本发明一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备的超超临界蒸汽炉的原理图。 [0014] 图中：1‑超超临界蒸汽发生炉、2‑传送带、3‑蒸汽喷头、4‑裂解反应室、5‑泵体、6‑气液分离器、7‑气体储罐；1‑1热炉壳体、1‑2端盖、1‑3保温隔热层、1‑4入水口、1‑5喷淋管、1‑6超超临界蒸汽出口、1‑7加热炉炉芯、1‑8高频电磁加热装置、1‑9排净口、1‑10炉芯支撑架、1‑11电磁阀、1‑12温度与压力传感器、1‑13止回阀。 具体实施方式[0015] 如图1所示，本发明一种超超临界蒸汽有机物热裂解气化装备的整个工艺流程设备由超超临界蒸汽发生炉1、传送带2、蒸汽喷头3、裂解反应室4、泵体5、气液分离器6以及储罐7组成。将水加入到临界蒸汽发生炉1中，加热成超超临界蒸汽；超超临界蒸汽从蒸汽发生炉1中排出后，进入裂解反应室4；用传送带2将待裂解聚合物送入裂解反应室中4，在超超临界蒸汽的高温高压作用下，发生碳化，生成炭黑和氢气、烷烃、水蒸气等气体；炭黑为固态，继续通过传送带2收集，可作为化工原料进一步回收利用；生成的气体(氢气、烷烃以及水蒸气)经过泵5送至气液分离器6中，冷却后产生的液态水与氢气等气态物质；冷却水可继续加入超超临界蒸汽发生炉1中循环利用，生成的氢气及有机物气体则进入储罐7，进一步分离后可实现有机气体储存。 [0016] 如图2所示，本发明的核心设备为超超临界蒸汽发生炉1，由加热炉壳体1‑1、端盖1‑2、保温隔热层1‑3、入水口1‑4、喷淋管1‑5、超超临界蒸汽出口1‑6、加热炉炉芯1‑7、高频电磁加热装置1‑8、排净口1‑9、炉芯支撑架1‑10、电磁阀1‑11、温度与压力传感器1‑12和止回阀1‑13组成。水从入水口1‑4在止回阀1‑13的控制下进入，并由喷淋管1‑5喷洒至炉芯1‑7上；通过高频电磁加热装置1‑8，并在温度与压力传感器1‑12以及电磁阀1‑11的控制下将水加热至超超临界蒸汽状态，温度约为600℃，压强约为30MPa；保温隔热层1‑3起隔热作用，可由碳纤维等耐高温材料制成；生成的超超临界蒸汽最终由超超临界蒸汽出口1‑6离开超超临界蒸汽发生炉1；设备关机后可打开排净口1‑9将炉内残余水分排出；原水中含有的杂质在加热时会在炉壁上结垢，可在关机后打开端盖1‑2进行清洗。 |
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