一种超临界水制氢装置的制作方法

1.本发明属于制氢技术领域，具体涉及一种超临界水制氢装置。


背景技术：

2.人类自从发明用火以来，对煤炭、石油、生物质、垃圾等碳基燃料的能量使用方式均采用富氧(空气)燃烧的方式提取能量。
3.传统化工煤气化方式，均采用纯氧作为气化剂，通过纯氧加水在缺氧燃烧的条件下生成一氧化碳、氢气等，该方式需要用水喷淋净化气化气和协助排渣，会导致大量的水污染，同时效率低下不到60％，造成大量的能源浪费。
4.传统的电解水制氢，制氢成本高，氢气的压力低，加压液化困难，难以解决氢能的运输问题，无法支撑氢能产业链的快速发展。
5.传统的超临界水蒸煤的方式为了解决水与煤反应的吸热能量，采用电加热或加入氧气燃烧的方式提供反应热量。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明的目的是提供一种在超临界状态下，超临界水与反应物料反应实现制氢的超临界水制氢装置。
7.实现本发明的技术方案如下
8.一种超临界水制氢的装置，包括超临界锅炉、气浮床反应釜、反应物料加料装置，超临界锅炉提供超临界水；
9.反应物料加料装置接收反应物料，并将反应物料排出；
10.反应物料加料装置排出的反应物料与超临界水混合进入气浮床反应釜中，在气浮床反应釜内，反应物料与超临界水反应生成超临界混合体，超临界混合体包含超临界二氧化碳、超临界氢气、未反应完的超临界水，产生的超临界混合体从气浮床反应釜中排出。
11.该装置还包括固定床反应釜、中间过渡灰仓，气浮床反应釜的排出端与固定床反应釜的进入端形成连通，气浮床反应釜中排出的超临界混合体进入固定床反应釜中继续反应，反应完成后，从固定床反应釜的排出端排出；
12.固定床反应釜的排渣口与中间过渡灰仓形成连通，在固定床反应釜的排渣口与中间过渡灰仓之间设置有控制固定床反应釜内的灰渣进入中间过渡灰仓中的排出控制阀，在中间过渡灰仓的排渣口安装有控制中间过渡灰仓内的灰渣排出的排渣控制阀。
13.反应物料加料装置包括料斗、中间过渡料仓、加料阀门，料斗上设有加料口，料斗的下方与中间过渡料仓的顶部形成连通，在料斗与中间过渡料仓之间设置有控制料斗内反应物料进行中间过渡料仓中的控制阀；加料阀门安装于中间过渡料仓的出料端，以控制中间过渡料仓内的反应物料排出。
14.反应物料加料装置排出的反应物料与超临界锅炉排出的超临界水，经过引射器的引射后，从气浮床反应釜底部进入气浮床反应釜内。
15.该装置还包括化水水箱、第一换热器、第二换热器，化水水箱内存放有化水；
16.化水水箱的排出端与第一换热器的获热进入端形成连通，第一换热器的获热排出端与第二换热器的获热进入端形成连通，第二换热器的获热排出端与超临界锅炉内超临界水管道形成连通；
17.第一换热器内的温度低于第二换热器内的温度；化水水箱内的化水经过第一换热器、第二换热器后温度逐步提升。
18.该装置还包括液态二氧化碳储罐、氢气储罐，固定床反应釜的排出端与第二换热器的供热进入端形成连通，第二换热器的供热排出端与第一换热器的供热进入端形成连通，第一换热器的供热排出端设置有两路，一路与氢气储罐连通，供气态的氢气进入氢气储罐中，另一路与液态二氧化碳储罐形成连通，供液态的二氧化碳进入液态二氧化碳储罐中。
19.本发明提供了一种在水超临界状态下，将反应物料(煤和/或生物质和/或垃圾)与超临界水反应生成氢气和二氧化碳，反应过程中由超临界锅炉送入的超临界水提供气化反应所需的热量，实现了将煤(生物质、垃圾等)的化学能转化成氢能，实现制氢目的。本制氢装置具有如下优点：
20.1、本发明无需制备纯氧或外置电加热，系统控制简单，制氢成本更低。
21.2、本气化方法全程仅用超临界水作为热源，无需加入空气或氧气，无爆炸危险，安全性更高。
22.3、本发明生产的氢气和二氧化碳均为超临界状态，只需膨胀降温即可得到液态二氧化碳和氢，彻底解决氢气运输难题。
附图说明
23.图1为本发明制氢装置的结构示意图；
24.附图1中，100、超临界锅炉，101、气浮床反应釜，102、反应物料加料装置，103、固定床反应釜，104、中间过渡灰仓，105、过滤器，106、排出控制阀，107、排渣控制阀，108、料斗，109、中间过渡料仓，110、加料阀门，111、控制阀，112、引射器，113、化水水箱，114、第一换热器，115、第二换热器，116、液态二氧化碳储罐，117、氢气储罐。
具体实施方式
25.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.参加图1所示，一种超临界水制氢的装置，包括超临界锅炉100、气浮床反应釜101、反应物料加料装置102，超临界锅炉100提供超临界水，即外部的水通过超临界锅炉100后，形成具有超临界的压力和温度，送入气浮床反应釜101内，以提供超临界的反应条件。
27.反应物料加料装置接收反应物料，并将反应物料排出，反应物料可以为煤和/或生物质和/或垃圾等含碳固体物料。反应物料通过烘干后，形成干燥的物料进入反应物料加料装置中。
28.反应物料加料装置排出的反应物料与超临界水混合进入气浮床反应釜101中，在
气浮床反应釜101内，反应物料与超临界水反应生成超临界混合体，超临界混合体包含超临界二氧化碳、超临界氢气、未反应完的超临界水，产生的超临界混合体从气浮床反应釜101中排出。
29.本技术中的一种实施方式：该装置还包括固定床反应釜103、中间过渡灰仓104，气浮床反应釜101的排出端与固定床反应釜103底部的进入端形成连通，气浮床反应釜101中排出的超临界混合体进入固定床反应釜103中继续反应，反应完成后，产生的气体从固定床反应釜103的排出端排出，而形成的灰渣在重力作用下，向固定床反应釜103底部下落；从气浮床反应釜101排出的混合体，在固定床反应釜103内继续反应，使反应更加完全，在固定床反应釜103内或/和外可以增设过滤器105，减少排出混合体中掺杂其他物体的排出，提升排出混合体的纯净度。将气浮床反应釜与固定床反应釜103相结合，兼容气浮床的高反应速率及固定床高气化率双重优点，从而保证反应的完全及氢气的产生率。
30.本技术中的一种实施方式：固定床反应釜103的排渣口与中间过渡灰仓104形成连通，在固定床反应釜103的排渣口与中间过渡灰仓104之间设置有控制固定床反应釜103内的灰渣进入中间过渡灰仓104中的排出控制阀106，在中间过渡灰仓104的排渣口安装有控制中间过渡灰仓104内的灰渣排出的排渣控制阀107。固定床反应釜103内反应完形成的灰渣，从排出控制阀106排出，进入到中间过渡灰仓104中，最终由排渣控制阀107处排出。
31.本技术中的一种实施方式：反应物料加料装置包括料斗108、中间过渡料仓109、加料阀门110，料斗108的顶部设有加料口，供反应物料从加料口加入到料斗108中，料斗108的下方与中间过渡料仓109的顶部形成连通，在料斗108与中间过渡料仓109之间设置有控制料斗108内反应物料进行中间过渡料仓109中的控制阀111，料斗108中的反应物料通过控制阀的切换，能够进入中间过渡料仓109中；加料阀门110安装于中间过渡料仓109的出料端，以控制中间过渡料仓109内的反应物料排出。料斗108、中间过渡料仓109的底部分别设置有逐渐缩口的锥形仓，以使反应物料更好的向下一级流动。
32.本技术中的一种实施方式：反应物料加料装置排出的反应物料与超临界锅炉100排出的超临界水，经过引射器112的引射后，从气浮床反应釜101底部进入气浮床反应釜101内。在引射器112内超临界水与反应物料可以进行预混合，为进入气浮床反应釜101内更充分的反应，做好准备。
33.本技术中的一种实施方式：该装置还包括化水水箱113、第一换热器114、第二换热器115，化水水箱113内存放有化水；第一、第二换热器采用管壳式换热器，化水水箱113的排出端与第一换热器114的获热进入端形成连通，第一换热器114的获热排出端与第二换热器115的获热进入端形成连通，第二换热器115的获热排出端与超临界锅炉100内超临界水管道形成连通；本技术中，第一换热器114内的温度低于第二换热器115内的温度；化水水箱113内的化水经过第一换热器114、第二换热器115后温度逐步提升，以稳定第对进入超临界锅炉100之前的水提升温度，减少超临界锅炉100的能耗。
34.本技术中的一种实施方式：为了对从固定床反应釜103中排出混合体含有的热能进行利用，且同时对混合体进行分离与存储，该制氢装置还包括液态二氧化碳储罐116、氢气储罐117，固定床反应釜103的排出端与第二换热器115的供热进入端形成连通，第二换热器115的供热排出端与第一换热器114的供热进入端形成连通，第一换热器114的供热排出端设置有两路，一路与氢气储罐117连通，供气态的氢气进入氢气储罐117中，另一路与液态
二氧化碳储罐116形成连通，供液态的二氧化碳进入液态二氧化碳储罐116中。通过将固定床反应釜103排出的混合体依次经过第二换热器115、第一换热器114，使化水的温度逐步提升，同时混合体的温度也逐步降低，在降低过程中，于第二换热器115内超临界水被分离出，送回到原水箱中，而超临界的二氧化碳、氢气形成气态，送入到第一换热器114中；经过第一换热器114后，气态的二氧化碳降温为液态的二氧化碳从第一换热器114底部流出、进入液态二氧化碳储罐116中，而氢气则进入氢气储罐117中，从而能够分别进行储放。