探討褐煤水熱改質及改質廢水催化氣化

王穎

錫林郭勒職業學院

探討褐煤水熱改質及改質廢水催化氣化

王穎

錫林郭勒職業學院

本文主要立足于相關實驗結果，分析水熱改質前后的元素變化、廢水氣化所產生的碳轉化率、煤工業的相關情況以及氣體產物的相關情況，以達到對所選課題，即褐煤水熱改質及改質廢水催化氣化的準確研究。根據研究結果，我們可以得出這樣的結論：1.煤經過水熱改質這一過程后，其含水量減少，這也就意味著它的含氧量降低，從而提高了其碳元素的含量。2.水熱改質過程所產生的廢水，具有良好的氣化反應效果，這使得在催化作用下進行氣化反應時，氣化的速率以及其所產生的碳轉化率比較高。3.通過氣化過程，水所具有的含碳有機質將被轉化為燃氣可以被重復使用。

褐煤；水熱改質；溫度；甲烷化反應

就目前情況來看，傳統的產煤區的產煤量始終增幅不大，優質煤量更是呈現出逐年減少的趨勢，這使得煤炭資源出現供不應求的局面，其價格也處于快速增長的狀態。在這種情況下，對于我國的一些邊遠地區如新疆、內蒙和云南這些地區所蘊含的豐富的煤炭資源進行開采顯得頗為重要。這些地區所產的煤大多為既廉價又低階的煤。但是這種煤所含的水元素和氧元素不利于對其的大規模開發。因此，為了能處分開掘出這些地方的廉價低階煤，必須加強對這些煤的脫水脫氧改質工作。最近幾年，水熱處理這門技術逐漸發展起來，但就我國而言，其發展還很不成熟，很多方面都還欠缺必要的研究。鑒于此，本文選擇了有關水熱處理的研究課題，主要是探討水熱廢水的高溫高壓再處理問題，希望通過本文的研究，可以將廢水變廢為寶，重新變為可供人類使用的資源，并進一步推進廉價低階煤的水熱改質工作及其完善其商業化運行模式。

一、相關實驗

（一）進行水熱改質的過程

先將等量的褐煤和蒸餾水同時放入高壓釜中，然后將高壓釜中的空氣排出，注入氮氣。再以每分鐘增加1℃的速度，使高壓釜內的溫度達到70℃，在此基礎上，以2℃每分鐘的速率使溫度分別達到250℃和270℃。做完這些步驟后，我們只需等待1小時，使它漸漸冷卻，最后與室溫持平。然后將高壓釜中的混合物過濾，得到在室溫環境下的水熱改質煤樣。對所得煤樣要進行記錄，可以將改質溫度作為依據。在此實驗中，可記錄為HIM270和HIM320。過濾后的剩余溶液就是水熱廢水，在此實驗中，依據水熱改質時溫度的不同，可以分別記錄為RHW270和RHW320。

（二）制作催化劑的過程

制作催化劑必須具備用品有：球狀離子交換樹脂以及六水硫酸鎳。其具體制作過程需經過幾下幾個步驟：首先，取40克六水硫酸鎳和230毫升氨水，并將前者置于后者中進行溶解。其次，在其混合溶液中放入15克的離子交換樹脂，等待它們互相反應達36小時候，進行過濾。然后，將濾得的固體用去離子水進行清洗，并將清洗后的所得物置于真空烘箱中，將烘箱的溫度設置為70℃，烘烤時間設置為24小時。最后，將經過烘烤后的所得物放入一個充滿氮氣的管式爐中，并以每分鐘增加10℃速率使爐內對的溫度達到520℃。保持這個溫度持續20分鐘后便可獲得催化劑。

（三）水熱廢水進行氣化的具體過程

其具體過程可分為如下幾個階段：首先，將適量的催化劑放入高壓固定床反應管中。其次，將固定床反應管中的壓力調整在20MPa左右，并維持這一壓力。然后，使反應管快速升溫，等待2分鐘后便可以收集實驗產物，產物收集量以收集時間來衡量，當收集時間達到40分鐘后可以結束實驗。

二、實驗結果和相關討論

（一）水熱改質影響褐煤的基本特性

表1 水熱改質前后褐煤的相關元素分析，可制作成下表：

通過觀察和分析上后表，我們不難發現，煤經過水熱改質這一過程后，其含水量減少，這也就意味著它的含氧量降低，從而提高了其碳元素的含量。這也就是說，水熱改質有利于煤的脫水脫氧改質，這無疑為低階煤的營運提供了很大便利。

（二）溫度影響水熱廢水在氣化時的碳轉換率

我們可以發現，在不同的溫度下，水熱廢水在氣化時的碳轉化率是不同的，通常情況下，這兩者之間保持著一種正比例變化關系，即當溫度越高時，進行氣化反應的碳轉化率就越高，反之亦然。這一發現說明，如果對水熱廢水進行高溫高壓再處理，其氣化的速率以及其所產生的碳轉化率比較高，從而達到更好的廢水凈化效果。

（三）溫度影響水熱廢水氣化所產生的氣體成分

在水熱廢水進行氣化時，廢水中所含的有機含碳分子將會轉化為氣體，這種氣體的主要由CO2和CH4、H2等成分組成。其中，H2和CH4作為可燃性氣體占據了總產氣量的大部分比例。而當溫度發生改變如升高時，總產氣量以及這種的氣體的各組成部分的產量都呈增加趨勢。

綜上所述，我們不難得出以下結論：一方面，通過水熱廢水的氣化過程，水所具有的含碳有機質將被轉化為燃氣可以被重復使用；另一方面，通過水熱廢水的氣化過程獲得的燃氣只含有少量CO，這無疑有利于降低煤氣中毒率。同時，這種轉化而來的燃氣含甲烷量高，可以有效提高燃氣的熱值，壓縮其輸送的體積，提高資源的利用效率。

三、結論

煤經過水熱改質這一過程后，其含水量減少，這也就意味著它的含氧量降低，從而提高了其碳元素的含量。這也就是說，水熱改質有利于煤的脫水脫氧改質，這無疑為低階煤的營運提供了很大便利；以使用適合的催化劑為前提，對水熱廢水進行高溫高壓再處理，其氣化的速率以及其所產生的碳轉化率比較高，從而達到更好的廢水凈化效果；通過水熱廢水的氣化過程，水所具有的含碳有機質將被轉化為燃氣可以被重復使用；而通過水熱廢水的氣化過程獲得的燃氣只含有少量CO，這無疑有利于降低煤氣中毒率。同時，這種轉化而來的燃氣含甲烷量高，可以有效提高燃氣的熱值，壓縮其輸送的體積，提高資源的利用效率。

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