一种超临界水气化反应器在线排渣装置及方法

1.本发明属于洁净能源转化及有机固废处理技术领域，具体涉及一种超临界水气化反应器在线排渣装置及方法。


背景技术：

2.超临界水气化由于其高效低成本的技术优势得到广泛关注。然而煤、生物质等原生含碳有机原料中不可避免的伴生着一些无机矿物质成分。在超临界水中，有机质气化后无机矿物质成分将会以固相残渣的形式析出。在连续式超临界水气化反应器中如何将气化后的固相残渣在线排出而不影响反应器的连续稳定运行一直是困扰超临界水气化技术的难题。
3.现有方法在实验室规模及小试规模的试验系统中表现出良好的排渣性能。然而压差驱动的排渣装置及方法会引起反应器中压力的轻微波动，这对于以产气为目标的气化工艺影响不大。然而，在超临界水气化技术产业化中往往不止产气这一单一目标，可能还会耦合发电等工艺。因此在产业化级别的超临界水气化工艺中需要确保整个系统在运行中保持压力稳定。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超临界水气化反应器在线排渣装置及方法，用于解决现有超临界水气化反应器在线排渣过程中反应器内压力波动的技术问题。
5.本发明采用以下技术方案：
6.一种超临界水气化反应器在线排渣装置，包括激冷室，激冷室的顶部连接反应器渣出口，反应器渣出口与激冷室之间的连接段内设置有磁力螺杆桨；激冷室底部的一侧连接渣锁斗；激冷室和渣锁斗分别连接冷却水循环系统。
7.具体的，冷却水循环系统包括水箱，水箱经循环水泵、循环水泵阀门、激冷室和凉水塔后返回至水箱。
8.进一步的，水箱经充压水泵和充压阀门与渣锁斗上设置的充压水入口连接。
9.具体的，激冷室与渣锁斗之间的连接段内设置有排渣阀门和螺杆桨，螺杆桨能够延轴线方向移动。
10.进一步的，激冷室与渣锁斗之间的连接段与竖直方向的夹角为30～60度。
11.具体的，渣锁斗的顶部设置有泄压阀门，底部设置有卸渣阀门，卸渣阀门的下方设置有储渣池，泄压阀门通过管道与储渣池连接。
12.具体的，激冷室顶部设置有第一压力监测器和第一温度监测器，底部出口处设置有第二温度监测器，渣锁斗的入口处设置有第二压力监测器，顶部设置有第三压力监测器。
13.具体的，磁力螺杆桨竖直设置。
14.具体的，激冷室为夹套式换热器。本发明的另一技术方案是，一种超临界水气化反
应器在线排渣方法，包括以下步骤：
15.s1、渣锁斗充压至与反应器内压力相同；
16.s2、启动磁力螺杆桨，固相残渣从反应器渣出口流经磁力螺杆桨进入激冷室被冷却；
17.s3、将步骤s2冷却至常温的固相残渣排入渣锁斗内，调节渣锁斗内的压力至常压，排出渣锁斗内的残渣；
18.当激冷室与渣锁斗之间的连接段流通不畅时，利用连接段内设置的螺杆桨进行疏通，当渣锁斗内残渣积累到一定量时，停止通入固相残渣。
19.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
20.一种超临界水气化反应器在线排渣装置，实现排渣效率的自主调控，满足不同运行工况下的排渣需求；防止反应器渣出口的堵塞；排渣过程无需消耗额外的水；整个磁力螺杆桨置于激冷室内部，无需考虑转动部件的轴间密封问题；将可实现轴向移动的螺杆桨应用于排渣阀门管路的疏通，可以更灵活的改善管路的堵塞情况；装置在线运行过程中不会影响反应器的安全稳定运行，可满足产业化应用的技术需求。
21.进一步的，冷却水循环系统在实现固相残渣冷却的同时，实现了冷却水的零排放循环使用。
22.进一步的，实现了渣锁斗启用前内部压力的补充。
23.进一步的，能够延轴线方向移动的螺杆桨可灵活改善激冷室与渣锁斗之间连接管段的堵渣问题；排渣阀门可以确保渣锁斗在泄压清渣时激冷室与渣锁斗完全隔离。
24.进一步的，连接段与竖直方向的夹角为30～60度可以实现残渣顺利流入渣锁斗，且可以实现渣锁斗依现场施工要求灵活布置。
25.进一步的，泄压阀门、卸渣阀门和储渣池的设置可以确保渣锁斗顺利平稳泄压清渣以及渣的存储。
26.进一步的，激冷室和渣锁斗处分别设置的温度监测器和压力监测器可以实现装置运行过程中关键部位内流体温度及压力的在线监测，实时掌握装置的运行状态。
27.进一步的，磁力螺杆桨竖直设置可以实现反应器内渣的顺利排出以及减少螺杆的磨损；磁力螺杆桨转速可调，实现了排渣效率的自主控制；磁力螺杆桨整体位于激冷室内部，因此无需考虑高压环境下磁力螺杆桨转动部件的轴间密封问题。
28.进一步的，夹套式换热器的设置实现了冷却水循环系统与激冷室的物理隔离，夹套式换热器运行压力不受反应器内压力的影响，确保冷却水循环系统高效安全稳定运行。
29.一种超临界水气化反应器在线排渣方法，实现反应器内渣的连续稳定不间断排出，且不会干扰反应器内压力。
30.综上所述，本发明能够实现反应器固相残渣的在线连续稳定排出，以及固相残渣的在线冷却。
31.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
32.图1为本发明结构示意图。
33.其中：1.激冷室；2.渣锁斗；3.储渣池；4.反应器渣出口；5.磁力螺杆桨；6.排渣阀
门；7.螺杆桨；8.卸渣阀门；9.泄压阀门；10.夹套；11.循环水泵；12.循环水泵阀门；13.凉水塔；14.水箱；15.第一压力监测器；16.第一温度监测器；17.第二温度监测器；18.第二压力监测器；19.第三压力监测器；20.充压水泵；21.充压阀门。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
38.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
39.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
40.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
41.本发明提供了一种超临界水气化反应器在线排渣装置及方法，通过残渣排出反应器的动力为残渣自身重力及磁力螺杆桨的旋转夹带，能够实现反应器中残渣的连续不间断排出且不会引起反应器内压力的波动；可以防止排渣管路的堵塞；实现排渣量的自主调控。
42.请参阅图1，本发明一种超临界水气化反应器在线排渣装置，包括激冷室1、渣锁斗
2以及储渣池3；激冷室1的上部与反应器渣出口4相连通，反应器渣出口4与激冷室1的连接段中设置有磁力螺杆桨5；激冷室1与渣锁斗2之间的连接段中设置有排渣阀门6以及螺杆桨7；渣锁斗2的顶部设置有泄压阀门9，底部设置有卸渣阀门8，储渣池3位于卸渣阀门8的下方。
43.激冷室1为夹套式换热器；冷却水经激冷室1上设置的夹套10返回水箱14。
44.在本发明的另一实施例中，冷却水由循环水泵11输送，并流经循环水泵阀门12；流出夹套10的冷却水在经过凉水塔13后降至常温并循环至水箱14。
45.在本发明的另一实施例中，激冷室1顶部设置有第一压力监测器15和第一温度监测器16，底部出口处设置有第二温度监测器17。
46.在本发明的另一实施例中，渣锁斗2的入口处设置有第二压力监测器18，顶部设置有第三压力监测器19。
47.本发明的实施方式中，温度监测器和压力监测器分别用于监测相应位置的温度和压力，实时掌握在线排渣装置的运行状态，为在线排渣装置运行参数的及时调整提供数据依据。
48.渣锁斗2上设置有充压水入口，充压水入口与充压水泵20相连通，充压水入口与充压水泵之间设置有充压阀门21，充压水泵20及充压阀门21可以实现为渣锁斗进行充压及冲洗。
49.固相残渣从反应器渣出口排出的动力为渣自身的重力和磁力螺杆桨5旋转时的夹带。
50.在本发明的另一实施例中，磁力螺杆桨5整体置于激冷室1内部，无需考虑转动部件的密封问题。
51.在本发明的另一实施例中，磁力螺杆桨5的转速在0～60rpm之间可调，从而实现不同的排渣效率。
52.在本发明的另一实施例中，本发明的排渣装置还设有螺杆桨7。
53.在本发明的另一实施例中，螺杆桨7可延轴线方向移动，以实现螺杆桨7穿过或远离排渣阀门6。
54.螺杆桨7可实现排渣阀门6上下游管路的疏通，并保证排渣阀门6的正常关闭。
55.通过激冷室1能够保证激冷室底部出口的固液混合物被冷却至常温。
56.泄压阀门9可以将渣锁斗2内的压力泄至常压。
57.在本发明的另一实施例中，激冷室1位于反应器渣出口4的正下方。
58.在本发明的另一实施例中，磁力螺杆桨5竖直布置。
59.在本发明的另一实施例中，渣锁斗2位于激冷室1底部的侧方；排渣阀门6的上下游管路与竖直方向呈一定角度，该角度为30～60度。
60.在本发明的另一实施例中，渣锁斗2的残渣入口位于渣锁斗2的侧壁上。
61.本发明的一种超临界水气化反应器的在线排渣方法，基于本发明提供的超临界水气化反应器的在线排渣装置实现，排渣运行步骤如下：
62.s1、打开充压阀门21，启动充压水泵20，为渣锁斗2充压至与反应器内压力相同；
63.s2、打开排渣阀门6，启动磁力螺杆桨5，固相残渣从反应器渣出口4流经磁力螺杆桨5进入激冷室1被冷却；
64.s3、冷却至常温的固相残渣从激冷室1出口流经排渣阀门6进入渣锁斗2；
65.s4、当排渣阀门6上下游管路出现流通不畅时，启动螺杆桨7来及时疏通，当渣锁斗2内残渣积累到一定量时，在确保螺杆桨7远离排渣阀门6的情况下，关闭排渣阀门6；
66.s5、调节泄压阀门6，使渣锁斗2内的压力平稳的泄至常压；
67.s6、打开卸渣阀门8，将渣锁斗2内的残渣卸至储渣池3；关闭卸渣阀门8以及泄压阀门6；重复步骤s1至s5，即进入新一轮的渣锁斗连续入渣。
68.本发明提供的排渣方法，无论排渣阀门是否打开，磁力螺杆桨一直处于连续转动运行状态，保证了反应器内渣的连续稳定输出。
69.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中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
70.综上所述，本发明一种超临界水气化反应器在线排渣装置及方法，将磁力螺杆桨应用于超临界水气化反应器渣的在线排出，具有诸多优点：
71.(1)可以实现排渣效率的自主调控；可以防止反应器渣出口的堵塞；排渣过程无需消耗额外的水；整个磁力螺杆桨置于激冷室内部，无需考虑转动部件的轴间密封问题。
72.(2)将可实现轴向移动的螺杆桨应用于排渣阀门管路的疏通，可以更灵活的改善管路的堵塞情况。
73.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。