含碳能源直接制氫的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的含碳能源利用方式帶來嚴(yán)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(duì)CO2排放導(dǎo)致的溫室效應(yīng)加劇的持續(xù)關(guān)注，對(duì)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(diǎn)，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(shí)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?dú)湓吹哪茉大w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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了直接制氫的定壓實(shí)驗(yàn)裝置，并在該裝置上對(duì)反應(yīng)溫度、壓力、鈣碳比等條件對(duì)連續(xù)制氫的影響和操作條件的要求進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究：
　　 1.以定容實(shí)驗(yàn)為主要手段，綜合在高壓反應(yīng)釜上取得的數(shù)據(jù)，對(duì)適合直接制氫的反應(yīng)條件進(jìn)行了探索，考察了溫度、鈣碳比、實(shí)驗(yàn)用煤的灰分等因素對(duì)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(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了基

3、礎(chǔ)的數(shù)據(jù)和依據(jù)。
　　 2.根據(jù)定容實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，確立了連續(xù)直接制氫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流程參數(shù)和主反應(yīng)器的特征參數(shù)，進(jìn)而確定了實(shí)驗(yàn)裝置的各主輔系統(tǒng)參數(shù)。詳細(xì)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jìn)料的手段和方法；通過調(diào)試，總結(jié)出完整的實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)和步驟，為連續(xù)制氫的實(shí)驗(yàn)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(gè)溫度的敏感區(qū)，低于此溫度，反應(yīng)進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(dòng)床形式實(shí)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(shí)現(xiàn)了連續(xù)制氫的過程，并以忻州煤為原料，對(duì)鈣碳比、溫度、壓力等因素對(duì)反應(yīng)的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究：
　　 a)在3MPa壓力下對(duì)不同的鈣碳比進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)鈣碳比為1.0時(shí)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(shí)反應(yīng)產(chǎn)品氣中的氫產(chǎn)量也不高，認(rèn)為主要是在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了固體物料的結(jié)團(tuán)。
　　 b)對(duì)不同的溫度對(duì)反應(yīng)的影響進(jìn)

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(duì)在不同的壓力下進(jìn)行了直接制氫的實(shí)驗(yàn)，表明在實(shí)驗(yàn)壓力范圍提高壓力對(duì)連續(xù)直接制氫是有利的。
　　 d)對(duì)反應(yīng)過程中的硫化氫和氨的檢測表明，在直接制氫過