西安交通大学学报 第42卷 1 1 1 1 1 0 0 0 0 一u ‘(雹一 ‘(0 (a)气化率、氢气化率、碳气化率和氢气产率 (b)气体体积分数 图6 2 煤+1_5 CMC+I K2CO3的 气化结果与物料流量的关系 料在反应器中不能充分反应;当流量过小时,物料虽 然能充分反应,但由于反应器空间有限,很容易造成 堵塞。因此,物料流量需根据实验情况选择最佳值. 2.4催化剂及氧化剂对煤气化的影晌 图7所示为2 煤加入不同量催化剂和氧化剂 后在超临界水中气化制氢的实验结果对比,系统温 (a)气化率、氢气化率、碳气化率和氢气产率 70 60 50 40 30 20 10 0 I%R-Ni I%K2COs 10%H2O2 20%H202 30%H202 催化剂,氧化齐J (b)气体体积分数 图7 2 煤加入不同量催化剂和氧化剂后的气化结果 度为750℃,压力为25 MPa,流量为5.0 kg/h.由 图可见,KzCOs的催化效果比R-Ni的好,前者的氢 气化率是后者的近2倍,气化率、碳气化率和氢气产 率也高于后者,可能的原因是K2COs促进水参与了 气化反应.文献[14]的研究表明,碱性化合物 KzCOs通过生成甲酸盐催化水气转化反应.同时, K2COs是可溶于水的盐,能够在物料中均匀分布, 而R-Ni是固体粉末,虽然有CMC作稳定剂,但是 在物料中的分布不够均匀. 加入氧化剂后,煤的气化率和碳气化率提高,焦 油和木炭的生成量减少,但是氢气产率和氢气含量 降低.随着氧化程度的提高,煤的气化率和碳气化率 不断增加,氧化30 时的气化率达到了0.835,碳气 化率也达到了0.408,但由于氧化作用的影响,氢气 化率和氢气产率不断降低,氧化30 时的氢气化率 和氢气产率分别为1.040和0.037.在气态产物中, 随氧化程度的提高,Hz含量大幅下降,CH 和 C2 的含量也呈下降趋势,同时CO2含量大幅增 加,CO含量很低. 2.5物料含量对煤气化的影响 图8所示为不同含量的煤加入1 的K2C03 后在超临界水中气化制氢的实验结果,CMC质量分 数为1.5 ,系统温度为750℃,压力为25 a,物 料流量为5。0 kg/h。随着煤质量分数由2 上升为 16 ,氢气化率和氢气产率大幅下降,气化率和碳气 化率不断降低,16 煤的氢气化率为0.797,仅为 07 06 05 04"-A 雹 03、 02 01 00 煤质量分数/% (a)气化率、氢气化率、碳气化率和氢气产率 煤质量分数/% (b)气体体积分数 图8气化结果与煤含量的关系 维普资讯 http://www.cqvip.com 第7期 李永亮,等:高含量煤在超临界水中气化制氢的实验研究 2 煤时的46 ,而氢气产率为0.022,只有2 煤 并产生十数升Hz体积分数约为60 的气体,但是 时的36 .气态产物中Hz的体积分数较高,都超过 物料不能连续输入反应器.究其原因,可能是由于混 了60 ,但随煤含量的升高而减小,而CH 和c02 合器的内部空间狭小,当高含量煤浆进入混合器后 气体含量则随煤含量的升高而增加,C2 H 和CO的 没有完全气化,形成了炭而堵塞在混合器内. 含量都很少.进一步将煤的质量分数提高到20 进 本文结果与文献[8,10,13]所述利用连续式系 行煤气化实验时发现,只有部分煤浆进入了反应器, 统气化煤制氢结果的对比如表2所示. 表2本文结果与文献结果的对比 e(G) 0.536 0.497 0.466 0.442 0.317 2 0.316 6 0.532 e(C) 0.295 0.250 0.223 0.195 0.165 4 O.215 9 O.319 (H2) O.O61 0.039 0.030 0.027 0.022 0 0.074 1 0.033 (H:)/ 68.9 6O.O 55.O 55.O 54.6 77.O 56.O (C0)/ 0.2 0.2 0.2 0.3 2.1 0.0 1.O (CH4)/ 6.7 1O.3 1l_4 8.6 16.1 17.O 8.O (0[)2)/ 22.8 26.5 30.9 34.5 24.1 2.O 34.O (C2 )/ 1.5 3.O 2.5 L 8 3.1 5.O 1.O 与文献E8,10]的结果相比:本文的最高物料含 最佳值. 量提高了近3倍,而加入催化剂的量比较少,只有 (2)KzCOs比R-Ni的催化效果明显,在其作用 1 ;16 煤的气化率略高,不过碳气化率和氢气产 下煤在超临界水中部分氧化制氢的气化率和碳气化 率略低;5 煤的气化率和碳气化率均高于文献结 率高,并且没有产生焦油,但是氢气产率和气体产物 果,但氢气产率只有其一半,主要原因是Lin等人使 中的氢气含量随氧化剂量的增加而下降.反应器内 用了CaO来固定气态产物中的COz,同时强化了水 壁的附着物对煤气化影响较大,附着物中的炭起着 气转化反应.由于CaO的加入,使气态产物中的Hz 催化剂的作用,影响研究的准确性,因此应尽量清除 体积分数达到了77%,C02的体积分数只有2 9/6,但 附着物。 是CaO的加入使系统发生堵塞,而且需要设置CaO (3)随物料含量的增加,煤的气化率、氢气化率、 再生反应器,致使系统结构复杂,而本文的实验系统 碳气化率和氢气产率均减小.本文成功地将16 煤 较为简单,易操作. 输送进反应器中稳定产气,此时煤的气化率、碳气化 与文献[13]相比,本文的物料含量提高了15 率和氢气产率分别为0.317、0.165和0.022. 倍,同时由于反应器系统的改进,煤的气化效果显著 改善.2 煤的氢气产率达到了0.061,气态产物中 参考文献: Hz的体积分数达到了68.9 ,均远高于文献值,但 Eli MODELL M,REID R C,AMIN S L Gasification 由于物料含量升高,碳的气化率较文献值低. process[P].United States patent:4113446,1978—09- 12. 3结论 [2] Ⅳ【()DELL虮Gasification and Iiquefaction of forest products in supercritical water E M]//0VEREND R (1)提高温度有利于煤在超临界水中的气化,而 P,MⅢNE T A,M【丁【)GE L R Fundamentals of 压力的升高对煤的气化效果影响不明显。物料流量 ThermochemicaI Biomass ConversiorL Amsterdam, 对煤的气化有一定影响,但是需根据实验情况选择 Holland:Elsevier Applied Science,1985:95—119. 维普资讯 http://www.cqvip.com 924 西安交通大学学报 第42卷 [3]DESHPANDE G V,HOLDER G D,BISHOP A A, et ak Extraction of coals using supercritiale water[J]. 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