含碳能源直接制氫的實驗研究.pdf

1、傳統(tǒng)的含碳能源利用方式帶來嚴重的區(qū)域環(huán)境污染(粉塵、SO2和NOx)和大量CO2排放。國際上對CO2排放導(dǎo)致的溫室效應(yīng)加劇的持續(xù)關(guān)注，對我國能源的發(fā)展產(chǎn)生了巨大壓力。氫能以其清潔、高效、利用形式多樣等諸多優(yōu)點，越來越贏得人們的青睞，在未來有望成為主要的終端能源之一；氫是二次能源，需要從一次能源中制??；以含碳能源制取氫能同時控制污染物和二氧化碳排放的能源系統(tǒng)將在氫能體系發(fā)展的中期和以后化石能源為主要氫源的能源體系中發(fā)揮重要作用，具有廣泛的

2、應(yīng)用前景。
　　 根據(jù)“直接制氫，礦石固化CO2”的研究思路，本文在定容實驗的基礎(chǔ)上建立了直接制氫的定壓實驗裝置，并在該裝置上對反應(yīng)溫度、壓力、鈣碳比等條件對連續(xù)制氫的影響和操作條件的要求進行了實驗研究：
　　 1.以定容實驗為主要手段，綜合在高壓反應(yīng)釜上取得的數(shù)據(jù)，對適合直接制氫的反應(yīng)條件進行了探索，考察了溫度、鈣碳比、實驗用煤的灰分等因素對反應(yīng)的影響，確定了直接制氫過程中的工作條件，為連續(xù)實驗裝置的設(shè)計和運行提供了基

3、礎(chǔ)的數(shù)據(jù)和依據(jù)。
　　 2.根據(jù)定容實驗的結(jié)果，通過設(shè)計計算，確立了連續(xù)直接制氫實驗系統(tǒng)的流程參數(shù)和主反應(yīng)器的特征參數(shù)，進而確定了實驗裝置的各主輔系統(tǒng)參數(shù)。詳細設(shè)計了各主輔設(shè)備，包括反應(yīng)器、干粉給料系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器、氣固與氣液分離等；建立了含碳能源直接制氫的定壓連續(xù)實驗裝置。
　　 3.解決了干粉加壓給料堵塞、卡澀等問題形成了自己的干粉加壓進料的手段和方法；通過調(diào)試，總結(jié)出完整的實驗操作要點和步驟，為連續(xù)制氫的實驗順利展

4、開創(chuàng)造了條件。
　　 4.采用流通式反應(yīng)的形式，以忻州煙煤為原料，研究了在反應(yīng)氣體存在條件下，持續(xù)升溫過程中的反應(yīng)產(chǎn)氣情況。結(jié)果表明在一定的壓力下，直接制氫的反應(yīng)存在著一個溫度的敏感區(qū)，低于此溫度，反應(yīng)進行得緩慢，氫產(chǎn)量很低，而在此溫度以上反應(yīng)產(chǎn)物中的氫含量明顯增加。實驗表明3MPa以上的壓力下，在溫度650℃以上，氫的產(chǎn)量才開始有較大的提高。
　　 5.采用連續(xù)供料的噴動床形式實現(xiàn)了加壓條件下，固體反應(yīng)物料和氣化劑向反

5、應(yīng)器內(nèi)的連續(xù)的供應(yīng)和產(chǎn)品氣的連續(xù)輸出，實現(xiàn)了連續(xù)制氫的過程，并以忻州煤為原料，對鈣碳比、溫度、壓力等因素對反應(yīng)的影響進行了實驗研究：
　　 a)在3MPa壓力下對不同的鈣碳比進行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)鈣碳比為1.0時具有較高的氫產(chǎn)量，而在低的鈣碳比下，反應(yīng)的產(chǎn)氣量很少，而且產(chǎn)品氣中的H2/CH4較低；而在鈣碳比為1.5時反應(yīng)產(chǎn)品氣中的氫產(chǎn)量也不高，認為主要是在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了固體物料的結(jié)團。
　　 b)對不同的溫度對反應(yīng)的影響進

6、行了研究，結(jié)果表明隨著溫度的升高，氣體產(chǎn)量升高，在600℃-700℃的溫度范圍內(nèi)，氫的含量隨著溫度的提高而提高，但是在800℃的高溫條件下，反應(yīng)氣體中的氫含量下降，而二氧化碳含量提高，顯示在高溫環(huán)境中，二氧化碳的吸收反應(yīng)受到抑制。甲烷含量隨溫度的提高呈下降的趨勢。
　　 c)對在不同的壓力下進行了直接制氫的實驗，表明在實驗壓力范圍提高壓力對連續(xù)直接制氫是有利的。
　　 d)對反應(yīng)過程中的硫化氫和氨的檢測表明，在直接制氫過