專利名稱：一種超臨界氧化內(nèi)燃循環(huán)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能量轉(zhuǎn)換與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種在高壓高溫水中燃料氧化(燃燒)產(chǎn)生熱能(蒸汽)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超臨界水氧化技術(shù)(簡(jiǎn)稱SWAO)是一種能夠徹底氧化分解有機(jī)物的技術(shù)。在超臨界條件下，無(wú)需機(jī)械攪拌，有機(jī)物、空氣(或氧)和水均相混合，開(kāi)始自發(fā)氧化，無(wú)需外界供熱，在很短的反應(yīng)停留時(shí)間內(nèi)，有機(jī)物能被迅速氧化成CO2和H2O?？捎糜谙脱趸鞣N有毒有害物質(zhì)。
常規(guī)鍋爐爐內(nèi)的燃燒會(huì)產(chǎn)生多種有害物質(zhì)，如鍋爐燃燒的NOX排放量一般為500～1200mg/Nm3，其中80％NOX是空氣中的氮高溫氧化生成；煙氣中SO2的排放量視燃料含硫量而定；燃料燃燒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量煙塵，煙塵中夾帶并吸附重金屬，微細(xì)粉塵也是大氣主要污染物之一。CO2，由于CO2的超額排放，導(dǎo)致全球溫室效應(yīng)。為減緩溫室效應(yīng)，世界各國(guó)為減排CO2采取各類措施。但由于燃燒煙氣中CO2含量一般10％左右，因濃度低而增加處理難度。
目前利用超臨界氧化系統(tǒng)處理燃料的方法和裝置中，并沒(méi)有提出能量的轉(zhuǎn)換與利用的設(shè)計(jì)。如申請(qǐng)?zhí)枮?00310109657.3的中國(guó)專利所公開(kāi)的“一種低階煤在亞臨界或超臨界水中連續(xù)轉(zhuǎn)化的方法”僅僅描述了低階煤配制成水煤漿在亞臨界和超臨界條件下的轉(zhuǎn)化的方法，轉(zhuǎn)化之后能量的利用沒(méi)有提及。申請(qǐng)?zhí)枮?00320109943.5的中國(guó)專利所公開(kāi)的“黑液超臨界水氧化裝置”也只是提供了一種黑液超臨界氧化過(guò)程的裝置的設(shè)計(jì)，對(duì)于氧化后能量的利用，各種反應(yīng)產(chǎn)物的收集和處理并未做出進(jìn)一步的說(shuō)明。申請(qǐng)?zhí)枮?0137125.8的中國(guó)專利和歐洲專利公開(kāi)的“超臨界水氧化法流動(dòng)式污水處理及供能的方法及裝置”僅是涉及一種超臨界水氧化反應(yīng)處理污水的方法和裝置，并不能燃燒垃圾、生物質(zhì)、煤等物質(zhì)。專利號(hào)CN02114529.6的中國(guó)專利公開(kāi)的“有機(jī)固態(tài)物質(zhì)的連續(xù)式超臨界水氣化制氫方法與裝置”說(shuō)明的是一種超臨界制氫的方法，而不是把有機(jī)物氧化并利用能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種效率高、表現(xiàn)出顯著的環(huán)境友好特性、燃料適應(yīng)廣、應(yīng)用前景廣闊的在高溫高壓水中燃料氧化(燃燒)產(chǎn)生熱能(蒸汽)并加以利用的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的一種在超臨界水中燃料氧化(燃燒)產(chǎn)生熱能(蒸汽)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)——內(nèi)燃能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。它包括燃料混合器、高壓計(jì)量泵、預(yù)熱器、超臨界反應(yīng)器、背壓閥、一級(jí)換熱器、氧氣罐、氣體增壓泵、冷卻水箱、水泵、一級(jí)氣液分離器、二級(jí)換熱器、二級(jí)氣液分離器、組成一個(gè)完整的相通的系統(tǒng)。
上述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是燃料從燃料混合器經(jīng)高壓計(jì)量泵推入預(yù)熱器，然后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器，同時(shí)O2從氣體增壓泵進(jìn)入超臨界反應(yīng)器，在超臨界反應(yīng)器中燃料與氧發(fā)生超臨界氧化反應(yīng)，生成氣體、固體產(chǎn)物。
上述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是經(jīng)過(guò)超臨界反應(yīng)器后產(chǎn)生的超臨界氣體進(jìn)入到一級(jí)換熱器當(dāng)中，固體產(chǎn)物經(jīng)排污系統(tǒng)排出。
上述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是從一級(jí)換熱器排出的產(chǎn)物經(jīng)一級(jí)氣液分離器后，水變?yōu)橐后w與其他氣體產(chǎn)物分離，高溫水進(jìn)入到二級(jí)換熱器當(dāng)中繼續(xù)進(jìn)行換熱利用；在燃料混合器當(dāng)中添加堿性物質(zhì)以調(diào)整系統(tǒng)酸堿度并起到固硫的作用。
上述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是從一級(jí)氣液分離器排出的氣體產(chǎn)物，進(jìn)入二級(jí)氣液分離器進(jìn)行分離后，CO2變?yōu)橐后w與其他氣體產(chǎn)物分離并集中回收。
上述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是反應(yīng)后的超臨界氣體通過(guò)一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器進(jìn)行降溫的過(guò)程，同時(shí)就是將高溫高壓氣體攜帶的熱量進(jìn)行利用的過(guò)程，高溫高壓氣體攜帶的熱量通過(guò)換熱器傳遞給冷卻水。
上述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，系統(tǒng)的壓力和流體流量通過(guò)超臨界反應(yīng)器后的背壓閥進(jìn)行控制。
本系統(tǒng)反應(yīng)溫度較低，所以基本不會(huì)有NOx的生成。
在反應(yīng)之前已經(jīng)將堿化劑與反應(yīng)物充分混合，所以當(dāng)氧化開(kāi)始，SO2剛開(kāi)始生成，就會(huì)被中和生成硫酸鹽，又因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽類在超臨界水中溶解度很低，所以會(huì)析出并分離出來(lái)。所以不會(huì)有SO2排放到環(huán)境當(dāng)中。
在反應(yīng)釜反應(yīng)完畢后派出的超臨界氣體主要由水蒸氣、CO2以及過(guò)量的氧氣組成。由于CO2及氧氣與水的超臨界點(diǎn)的溫度壓力不同，我們可以控制換熱過(guò)程的參數(shù)，使反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物經(jīng)過(guò)一次換熱器以后，溫度壓力降到CO2的臨界點(diǎn)壓力溫度之上，此時(shí)水蒸氣變成液態(tài)而CO2及氧氣仍然處于超臨界狀態(tài)，借此在一級(jí)氣液分離器中將CO2和氧氣從水中分離出來(lái)。同樣原理在二級(jí)氣液分離器中將CO2同過(guò)量的氧氣中分離出來(lái)并集中回收利用。
由于大部分灰塵雜質(zhì)不溶于超臨界水，所以在氣(汽)固分離器當(dāng)中會(huì)很容易的被分離出來(lái)。
本系統(tǒng)燃料適應(yīng)廣——煤粉、生物質(zhì)、各類工業(yè)有機(jī)質(zhì)、有機(jī)廢水都可以作為燃料氧化燃燒，可廣泛應(yīng)用于低污染且需求高品位熱源的領(lǐng)域，特別適用于城市集中供熱及兼顧有機(jī)廢水與垃圾處理。


附圖為本發(fā)明的系統(tǒng)流程示意圖。
圖中，1為燃料混合器、2為高壓計(jì)量泵、3為預(yù)熱器、4為超臨界反應(yīng)器、5背壓閥、6為一級(jí)換熱器、7為氧氣罐、8為氣體增壓泵、9為冷卻水箱、10為水泵、11、為一級(jí)氣液分離器、12為二級(jí)換熱器、13為二級(jí)氣液分離器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的兩個(gè)最佳實(shí)施例。
實(shí)施例1
首先將水與煤粉在燃料混合器(1)中混合并磨制成漿，使用高壓計(jì)量泵(2)將混合物升壓并推入預(yù)熱器(3)預(yù)熱，然后進(jìn)入超臨界反應(yīng)器(4)內(nèi)；氧氣從氧氣罐(7)通過(guò)氣體增壓泵(8)增壓，同樣進(jìn)入超臨界反應(yīng)器(4)里面。在超臨界狀況下即25MPa、400℃以上燃料與氧發(fā)生反應(yīng)，生成超臨界的水、氣體產(chǎn)物及固體混合物。通過(guò)氣固分離，將固體排出系統(tǒng)，氣體進(jìn)入一級(jí)換熱器(6)進(jìn)行換熱。在一級(jí)氣液分離器(11)中7至22MPa、30至350℃下實(shí)現(xiàn)水與CO2等其他氣體的分離，凝結(jié)水進(jìn)行排放。剩余氣體經(jīng)過(guò)二級(jí)換熱器(12)繼續(xù)冷卻，在二級(jí)氣液分離器(13)中5至7MPa、20至30℃下實(shí)現(xiàn)CO2與其他氣體的分離并回收。系統(tǒng)中加入堿調(diào)整水酸度并實(shí)現(xiàn)固硫，完成一個(gè)循環(huán)。
實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于將凝結(jié)水排放，輸入有機(jī)廢水作為循環(huán)用水，回收廢水中有機(jī)質(zhì)熱量的同時(shí)，凈化廢水解決廢水污染問(wèn)題。其余的流程與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于將燃料換成秸稈，其余的流程與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于將空氣替換成氧氣進(jìn)行反應(yīng)，其余的流程與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種超臨界氧化內(nèi)燃循環(huán)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，它包括燃料混合器、高壓計(jì)量泵、預(yù)熱器、超臨界反應(yīng)器、背壓閥、一級(jí)換熱器、一級(jí)氣液分離器、二級(jí)換熱器、二級(jí)氣液分離器構(gòu)成，其特征是，氧氣罐、氣體增壓泵還與超臨界反應(yīng)器相通。冷卻水箱、水泵分別與一級(jí)換熱器、二級(jí)換熱器、二級(jí)氣液分離器相通，燃料從燃料混合器經(jīng)高壓計(jì)量泵推入預(yù)熱器進(jìn)入超臨界反應(yīng)器，同時(shí)O2從氧氣罐經(jīng)氣體增壓泵進(jìn)入超臨界反應(yīng)器，在超臨界反應(yīng)器中燃料與氧發(fā)生超臨界氧化反應(yīng)，生成氣體、固體產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是經(jīng)過(guò)超臨界反應(yīng)器后產(chǎn)生的超臨界流體通過(guò)背壓閥進(jìn)入到一級(jí)換熱器當(dāng)中，固體產(chǎn)物通過(guò)排污系統(tǒng)排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是，從一級(jí)換熱器排出的流體經(jīng)一級(jí)氣液分離器后，水從CO2等其他氣體產(chǎn)物中分離出來(lái)，高溫水進(jìn)入到二級(jí)換熱器當(dāng)中繼續(xù)進(jìn)行換熱利用，在燃料混合器當(dāng)中添加堿性物質(zhì)以調(diào)整系統(tǒng)酸堿度并起到固硫的作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是，從一級(jí)氣液分離器排出的氣體，經(jīng)過(guò)二級(jí)氣液分離器后，CO2從其他氣體產(chǎn)物中分離出來(lái)，并集中回收利用，其他氣體也可進(jìn)行集中回收并利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是，系統(tǒng)的壓力和流體流量通過(guò)超臨界反應(yīng)器后的背壓閥進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超臨界氧化內(nèi)燃循環(huán)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，屬于能源與環(huán)境領(lǐng)域。它包括燃料混合器、高壓計(jì)量泵、預(yù)熱器、超臨界反應(yīng)器、背壓閥、一級(jí)換熱器、氧氣罐、氣體增壓泵、冷卻水箱、水泵、一級(jí)氣液分離器、二級(jí)換熱器、二級(jí)氣液分離器，組成一個(gè)完整的相通的系統(tǒng)。效率高。系統(tǒng)可回收高濃度CO
文檔編號(hào)F23B90/00GK1789809SQ20051004539
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者馬春元, 衣寶葵, 陳守燕, 高秀麗, 賴艷華, 董勇, 王文龍 申請(qǐng)人:山東大學(xué)