连续式超临界水中褐煤/焦化废水共气化制氢研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:gwang903
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氢能由于能量转化效率高、清洁,被公认为21世纪最具前景的绿色能源。我国“富煤贫油少气”的能源格局决定了未来相当长一段时期内,煤炭仍然是我国最主要的能源,因此,煤气化仍然是大规模制取氢气的主要途径之一。但是,常规煤气化得到的是H2、CO、C02为主的混合气,需要进一步净化、变换和分离才能得到洁净的氢气,工艺复杂,能耗较高。为此,开发新型高效的煤转化规模制氢技术具有重要的现实意义。本论文旨在利用超临界水(SCW, Supercritical water)的物理和化学特性,以大雁褐煤与焦化废水为反应原料经SCW反应直接制取氢气。首先,研究了大雁褐煤与焦化废水的制浆工艺,为大雁褐煤与焦化废水连续气化实验提供基础;其次,着重研究了在连续式超临界水实验装置中以褐煤与焦化废水为原料转化制取氢气的工艺,分别考察了原料、温度、水煤浆浓度以及添加剂对连续制氢过程的影响。得出如下主要结论:1.大雁褐煤与焦化废水制水煤浆过程中各因素的影响水质、分散剂用量和水煤浆的浓度是影响水煤浆成浆性的主要因素。在相同的配浆条件下,不同的焦化废水对制备的水煤浆具有不同的降黏效果,其中酚含量最高的焦化废水制备的高浓度水煤浆具有最佳的稳定性和流变性;制浆过程中,分散剂的最佳添加量随水质的不同而异;提高水煤浆浓度,浆体的粘度值随之增加。2.褐煤/焦化废水在超临界水中共气化制取氢气1)褐煤/焦化废水在超临界水中共气化制氢过程中,存在明显的协同效应。在浆浓度为20wt%,600℃、25 MPa下,褐煤/焦化废水共气化的氢气产率和碳气化率比相同条件下二者单独气化的加权平均值分别增加了141.9 mL·g-1、6.1%。2)温度对碳的气化率和氢气的生成有显著的影响,随着温度的升高,碳气化率增大,氢气的体积分数和产率逐渐增加。反应温度从450℃提高到600℃,H2产率增加了近3.5倍。3)随着水煤浆浓度(20-50wt%)的逐渐增加,碳的气化率和氢气的产率逐渐降低,最高进浆浓度可达50wt%,无堵塞现象发生。3.添加剂对褐煤/焦化废水在超临界水中共气化制取氢气的影响1)SCW反应环境下褐煤/焦化废水中加入添加剂,可以使煤转化率和H2产率明显升高。在600℃,25 MPa,20wt%的水煤浆条件下,添加2wt%KOH,H2的产率和碳的气化效率均得到提高;加入Ca/C摩尔比0.15的Ca(OH)2,H2的产率增加了一倍,CH4的产率增加了两倍。2)与添加单一添加剂相比,同时加入2%KOH和Ca/C摩尔比0.15的Ca(OH)2,可以显著提高H2的产率和碳的气化效率,但CH4产率降低。
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