一种煤炭高效气化制氢的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤炭高效气化制氢的方法及装置，属于煤气化技术领域。将煤炭样品置于反应釜内，并将反应釜抽真空；将超临界二氧化碳持续通入反应釜中，反应结束后，将携带有双金属催化剂的亚临界或超临界水持续通入反应釜中，反应结束后，收集煤焦油与气态产物。本发明专利技术利用超临界二氧化碳与煤中的有机基团和矿物发生物理化学作用，改变煤炭芳香碳网结构，提高煤炭气化反应活性。双金属催化剂含有两种不同金属元素，在催化反应中相互作用产生协同效应，从而提高催化效率和选择性，利用此方法可将煤炭气化过程中的氢气产率达到8%以上。上。上。

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭高效气化制氢的方法及装置


[0001]本专利技术属于煤气化
，具体而言，涉及一种煤炭高效气化制氢的方法及装置。

技术介绍

[0002]煤气化是煤与气化剂反应转化成气体产物的热化学过程，通过煤气化可将难以加工利用的固体煤转化为清洁的能源，煤气化制氢是工业大规模制氢的首选方式之一，根据中国煤炭工业协会公开数据显示，2020年中国氢气产量超过2500万吨，其中煤制氢所产氢气占62%。但是传统煤气化技术产氢效率低，环境污染大，反应温度过高（1000℃~1600℃），不能完全满足能源清洁高效利用的需求。
[0003]葛志伟等利用超临界水进行水煤浆无催化剂气化，得到900℃时产物气体中氢气占比46.7%，氢气产率不足5%；兰日华等利用超临界水进行水煤浆催化剂气化，得到650℃时产物气体中氢气占比50.8%，氢气产率4.9%；煤样粒径均局限于0.6mm以下且氢气产率不够理想。中国专利CN 101516766A公布了一种生产氢气的方法，在气化温度1350℃时，产物气体中氢气占比45%，反应温度过高且氢气占比不够理想。
[0004]因此，针对煤炭传统气化技术存在的缺陷，需要提出一种煤炭高效气化制氢的方法及装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种煤炭高效气化制氢的方法及装置，以解决煤炭气化过程中氢气产率低以及气体产物中氢气占比低的问题。
[0006]为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供的一种煤炭高效气化制氢的方法，包括以下步骤：步骤一，将煤炭样品置于反应釜内，并将反应釜抽真空；步骤二，将超临界二氧化碳持续通入反应釜中，反应釜的温度控制为600～650℃、压力控制为8MPa～12MPa，反应时间控制为2~3h；反应结束后，将携带有双金属催化剂的亚临界或超临界水持续通入反应釜中，反应釜的温度控制为600℃～650℃、压力为20MPa～30MPa，反应时间为1~2h；步骤三，反应结束后，收集煤焦油与气态产物。
[0007]进一步地，步骤二中，用超临界二氧化碳发生器将二氧化碳气体转化为超临界状态，控制超临界二氧化碳温度为600℃~650℃，压力为8MPa~12MPa。
[0008]进一步地，步骤二中，用超临界水发生器将蒸馏水转化为亚临界或超临界状态，控制水温度为600℃~650℃，压力为20MPa~30 MPa。
[0009]进一步地，步骤二中所述的双金属催化剂为K、Na、Ca的硫酸盐、碳酸盐、乙酸盐或硝酸盐中的任意两种。
[0010]进一步地，步骤二中，亚临界或超临界水与超临界二氧化碳体积比为（2.0~2.5）：
1。
[0011]进一步地，所述煤炭样品的质量与超临界水体积比为1：（30～50）g / mL。
[0012]进一步地，所述双金属催化剂中两种金属催化剂的质量比为1：（1~5）。
[0013]进一步地，双金属催化剂与煤炭样品的质量比为（0.8~1.0）：1。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供的是用于以上所述方法的煤炭高效气化制氢的装置，包括超临界水发生器、超临界二氧化碳发生器、反应釜、冷凝器、油气分离系统、煤气分离系统和二氧化碳回收利用系统；超临界水发生器、超临界二氧化碳发生器分别通过管路与反应釜相连接，反应釜的反应产物出口、冷凝器、油气分离系统、煤气分离系统和二氧化碳回收利用系统依次连接。
[0015]进一步地，二氧化碳回收利用系统与超临界二氧化碳发生器相连接。
[0016]本专利技术利用超临界二氧化碳与煤中的有机基团和矿物发生物理化学作用，改变煤炭芳香碳网结构，提高煤炭气化反应活性。双金属催化剂含有两种不同金属元素，在催化反应中相互作用产生协同效应，从而提高催化效率和选择性，相比于单金属催化剂，双金属催化剂的催化活性提高，本方法对超临界水和亚临界水同样适用，利用此方法可将煤炭气化过程中的氢气产率达到8%以上。
[0017]此外，本专利技术反应温度可控制在650℃以内，与传统气化方法相比，降低了反应温度；超临界二氧化碳廉价、易得、无毒，可循环利用，从而可起到环保的效果。
附图说明
[0018]图1是本专利技术所述的煤炭高效气化制氢的装置的结构示意图；图2是实施例1、2、3、4、5、6、7和8的氢气产率和气体产物中氢气占比的对比图；图3是实施例4和对比例1、2的氢气产率和气体产物中氢气占比的对比图。
[0019]图1中：1
‑
超临界水发生器，2
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开关控制阀，3
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加热套，4
‑
物料混合器，5
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背压阀，6
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冷凝器，7
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油气分离系统，8
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煤气分离系统，9
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二氧化碳回收利用系统，10
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煤炭样品，11
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反应釜，12
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超临界二氧化碳发生器，13
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温度监测器，14
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压力监测器，15
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流量监测器，16
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双金属催化剂，17
‑
单向阀。
具体实施方式
[0020]本专利技术一种典型的实施方式提供的一种煤炭高效气化制氢的方法，包括以下步骤：步骤一，将煤炭样品10置于反应釜11内，并将反应釜11抽真空。
[0021]其中，所述的煤炭样品10粒径优选为5~100mm。
[0022]步骤二，将超临界二氧化碳持续通入反应釜11中，反应釜11的温度控制为600～650℃、压力控制为8MPa～12MPa，反应时间控制为2~3h；反应结束后，将携带有双金属催化剂的亚临界或超临界水持续通入反应釜11中，反应釜11的温度控制为600℃～650℃、压力为20MPa～30MPa，反应时间为1~2h。
[0023]其中，用超临界二氧化碳发生器12将二氧化碳气体转化为超临界状态，控制超临界二氧化碳温度为600℃~650℃，压力为8MPa~12MPa。
[0024]超临界二氧化碳(T
C =30.35℃，P
C =7.375 MPa) 具有高流动性、高渗透性、高萃取能力的优点，使用超临界二氧化碳作为气化剂，能够萃取煤中部分有机物、改变煤炭芳香碳网结构，提质改性，提高煤炭化学反应活性；超临界二氧化碳可降低孔隙分形维数，改变孔隙结构，改善孔隙连通性，增大气化剂与煤体接触面积，与水产生协同效应，进而提高煤炭气化反应效率。
[0025]用超临界水发生器将蒸馏水转化为亚临界或超临界状态，控制水温度为600℃~650℃，压力为20MPa~30 MPa。
[0026]超临界水（SCW）是指温度高于环境液态水的临界温度（374.946℃），压力高于环境液态水的临界压力（22.064MPa）的水，具有低粘度、高扩散系数的优点，可以作为优良的传质传热溶剂。使用超临界水做气化剂的优点有高含水率的物料可以直接进料，不需要任何干燥过程，水既可以作为反应介本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤炭高效气化制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将煤炭样品（10）置于反应釜（11）内，并将反应釜（11）抽真空；步骤二，将超临界二氧化碳持续通入反应釜（11）中，反应釜（11）的温度控制为600～650℃、压力控制为8MPa～12MPa，反应时间控制为2~3h；反应结束后，将携带有双金属催化剂的亚临界或超临界水持续通入反应釜（11）中，反应釜（11）的温度控制为600℃～650℃、压力为20MPa～30MPa，反应时间为1~2h；步骤三，反应结束后，收集煤焦油与气态产物。2.根据权利要求1所述的煤炭高效气化制氢的方法，其特征在于：步骤二中，用超临界二氧化碳发生器（12）将二氧化碳气体转化为超临界状态，控制超临界二氧化碳温度为600℃~650℃，压力为8MPa~12MPa。3.根据权利要求2所述的煤炭高效气化制氢的方法，其特征在于：步骤二中，用超临界水发生器（1）将蒸馏水转化为亚临界或超临界状态，控制水温度为 600℃~650℃，压力为20MPa~30 MPa。4.根据权利要求1、2或3所述的煤炭高效气化制氢的方法，其特征在于：步骤二中所述的双金属催化剂为K、Na、Ca的硫酸盐、碳酸盐、乙酸盐或硝酸盐中的任意两种。5.根据权利要求4所述的煤炭高效气化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张轩豪，鲁阳，康志勤，杨栋，黄冬蔚，曹然，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：