一种连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构

本发明属于有机物料气化反应制氢，涉及一种连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构。

背景技术：

1、氢能作为现阶段重要的清洁能源，由于氢燃烧只产生水，在环保需求越来越高的今天已经成为重要的能源被广泛应用。目前的化工能源生产中，制氢主要通过电解水以及甲烷重整反应。由于电解水的成本高，很难进行大规模产氢。同时化石能源的利用也会带来严重的能源与环境污染问题。因此高效环保的制氢技术对于未来的能源生产有着重要意义。

2、由于超临界水独特的物理和化学性质，超临界水气化制氢技术被认为是最有前途的高效环保制氢手段。超临界水是指高于临界点(374℃,22.1mpa)的水。由于其低极性和高扩散率，超临界水对非极性化合物具有很高的溶解度同时使反应更加均匀快速。虽然前人的研究已经证明了超临界水制氢技术是目前最有前景的清洁能源生产技术，但是超临界水目前仍然存在一定的问题，特别是在连续式超临界水制备运行过程中，待反应有机物料通过喷嘴由常温逐渐升温进入高温反应器时极易使得长碳链的有机物缩合形成结焦最终堵塞反应系统。同时高温超临界水对于材料腐蚀十分严重，特别是喷嘴等关键部位的防腐蚀性能十分重要。

3、目前对于超临界水设备喷嘴处的结焦问题主要通过高压冲刷清洗这样不但需要超临界水反应系统停机影响运行，而超临界水喷嘴的腐蚀同时也会对高压反应器的使用寿命造成影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，该结构能够有效解决超临界水设备喷嘴出现的腐蚀及结焦的问题。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，包括冷却套管、超临界水气化制氢反应器、高压去离子水通道及高压待反应物料通道；

3、冷却套管穿过超临界水气化制氢反应器外壁面插入于超临界水气化制氢反应器内，高压去离子水通道的一端设置有高压去离子水入口，高压待反应物料通道的一端设置有高压待反应物料入口，高压待反应物料通道的另一端沿轴向穿过冷却套管并插入于超临界水气化制氢反应器内后设置有待反应物料混合物喷嘴出口，高压去离子水通道的另一端沿轴向插入于所述冷却套管内后与所述高压待反应物料通道相连通。

4、所述冷却套管连通有冷却工质入口及冷却工质出口。

5、所述冷却工质入口及冷却工质出口分别位于冷却套管的两侧。

6、冷却工质入口及冷却工质出口位于超临界水气化制氢反应器外。

7、所述高压去离子水通道位于高压待反应物料通道的外侧，且高压去离子水通道上与高压待反应物料通道相连通的一端倾斜分布。

8、高压去离子水通道、高压去离子水入口、高压待反应物料通道、高压待反应物料入口以及待反应物料混合物喷嘴出口构成高压待反应物料输送系统。

9、冷却工质入口、冷却套管及冷却工质出口构成常压冷却系统。

10、所述待反应物料混合物喷嘴出口与超临界水气化制氢反应器外壁面之间的间距大于等于10mm。

11、通过调节高压去离子水入口及高压待反应物料入口处去离子水的流量以及反应物料的流量，以控制经待反应物料混合物喷嘴出口进入超临界水气化制氢反应器内的待反应物料的浓度。

12、通过控制冷却工质入口处冷却工质的流量，以保证冷却套管持续对待反应物料混合物喷嘴出口处的物料降温。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构在具体操作时，高压待反应物料通道沿轴向穿过冷却套管并插入于超临界水气化制氢反应器内后设置有待反应物料混合物喷嘴出口，高压去离子水通道沿轴向插入于所述冷却套管内后与所述高压待反应物料通道相连通，通过冷却套管对待反应物料混合物喷嘴出口处的物料降温，避免喷嘴中的待反应物料混合物在进入反应器前由于逐渐升温导致长碳链有机物缩合形成结焦。同时可以将待反应有机物在进入超临界水反应器的瞬间从低温变为高温，以提高反应温差，使得反应物迅速气化，以提高气化效率。另外，可以有效避免高温对喷嘴的腐蚀，延长喷嘴使用寿命。

15、进一步，通过设计高压去离子水入口与高压待反应物料入口耦合的形式，可以进一步在连续式运行过程中调控进入反应系统的物料混合物浓度，使得反应物以最佳工况进行气化，进一步避免因为气化反应不充分而形成结焦堵塞反应器的问题。

技术特征：

1.一种连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，包括冷却套管(5)、超临界水气化制氢反应器、高压去离子水通道及高压待反应物料通道；

2.根据权利要求1所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，所述冷却套管(5)连通有冷却工质入口(3)及冷却工质出口(4)。

3.根据权利要求2所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，所述冷却工质入口(3)及冷却工质出口(4)分别位于冷却套管(5)的两侧。

4.根据权利要求2所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，冷却工质入口(3)及冷却工质出口(4)位于超临界水气化制氢反应器外。

5.根据权利要求1所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，所述高压去离子水通道位于高压待反应物料通道的外侧，且高压去离子水通道上与高压待反应物料通道相连通的一端倾斜分布。

6.根据权利要求1所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，高压去离子水通道、高压去离子水入口(1)、高压待反应物料通道、高压待反应物料入口(2)以及待反应物料混合物喷嘴出口(7)构成高压待反应物料输送系统。

7.根据权利要求2所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，冷却工质入口(3)、冷却套管(5)及冷却工质出口(4)构成常压冷却系统。

8.根据权利要求1所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，所述待反应物料混合物喷嘴出口(7)与超临界水气化制氢反应器外壁面(6)之间的间距大于等于10mm。

9.根据权利要求1所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，通过调节高压去离子水入口(1)及高压待反应物料入口(2)处去离子水的流量以及反应物料的流量，以控制经待反应物料混合物喷嘴出口(7)进入超临界水气化制氢反应器内的待反应物料的浓度。

10.根据权利要求2所述的连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，其特征在于，通过控制冷却工质入口(3)处冷却工质的流量，以保证冷却套管(5)持续对待反应物料混合物喷嘴出口(7)处的物料降温。

技术总结本发明公开了一种连续式超临界水气化装置喷嘴防结焦与防腐蚀结构，包括冷却套管、超临界水气化制氢反应器、高压去离子水通道及高压待反应物料通道；冷却套管穿过超临界水气化制氢反应器外壁面插入于超临界水气化制氢反应器内，高压去离子水通道的一端设置有高压去离子水入口，高压待反应物料通道的一端设置有高压待反应物料入口，高压待反应物料通道的另一端沿轴向穿过冷却套管并插入于超临界水气化制氢反应器内后设置有待反应物料混合物喷嘴出口，高压去离子水通道的另一端沿轴向插入于所述冷却套管内后与所述高压待反应物料通道相连通，该结构能够有效解决超临界水设备喷嘴出现的腐蚀及结焦的问题。技术研发人员：陈渝楠,容思琦,谢安澜,王若愚,黄勇,郭烈锦受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/3/12