探討褐煤水熱改質(zhì)及改質(zhì)廢水催化氣化

王穎

錫林郭勒職業(yè)學(xué)院

探討褐煤水熱改質(zhì)及改質(zhì)廢水催化氣化

王穎

錫林郭勒職業(yè)學(xué)院

本文主要立足于相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析水熱改質(zhì)前后的元素變化、廢水氣化所產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)化率、煤工業(yè)的相關(guān)情況以及氣體產(chǎn)物的相關(guān)情況，以達(dá)到對(duì)所選課題，即褐煤水熱改質(zhì)及改質(zhì)廢水催化氣化的準(zhǔn)確研究。根據(jù)研究結(jié)果，我們可以得出這樣的結(jié)論：1.煤經(jīng)過水熱改質(zhì)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(zhì)過程所產(chǎn)生的廢水，具有良好的氣化反應(yīng)效果，這使得在催化作用下進(jìn)行氣化反應(yīng)時(shí)，氣化的速率以及其所產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)化率比較高。3.通過氣化過程，水所具有的含碳有機(jī)質(zhì)將被轉(zhuǎn)化為燃?xì)饪梢员恢貜?fù)使用。

褐煤；水熱改質(zhì)；溫度；甲烷化反應(yīng)

就目前情況來看，傳統(tǒng)的產(chǎn)煤區(qū)的產(chǎn)煤量始終增幅不大，優(yōu)質(zhì)煤量更是呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢(shì)，這使得煤炭資源出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，其價(jià)格也處于快速增長(zhǎng)的狀態(tài)。在這種情況下，對(duì)于我國的一些邊遠(yuǎn)地區(qū)如新疆、內(nèi)蒙和云南這些地區(qū)所蘊(yùn)含的豐富的煤炭資源進(jìn)行開采顯得頗為重要。這些地區(qū)所產(chǎn)的煤大多為既廉價(jià)又低階的煤。但是這種煤所含的水元素和氧元素不利于對(duì)其的大規(guī)模開發(fā)。因此，為了能處分開掘出這些地方的廉價(jià)低階煤，必須加強(qiáng)對(duì)這些煤的脫水脫氧改質(zhì)工作。最近幾年，水熱處理這門技術(shù)逐漸發(fā)展起來，但就我國而言，其發(fā)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(guān)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?yōu)榭晒┤祟愂褂玫馁Y源，并進(jìn)一步推進(jìn)廉價(jià)低階煤的水熱改質(zhì)工作及其完善其商業(yè)化運(yùn)行模式。

一、相關(guān)實(shí)驗(yàn)

（一）進(jìn)行水熱改質(zhì)的過程

先將等量的褐煤和蒸餾水同時(shí)放入高壓釜中，然后將高壓釜中的空氣排出，注入氮?dú)?。再以每分鐘增?℃的速度，使高壓釜內(nèi)的溫度達(dá)到70℃，在此基礎(chǔ)上，以2℃每分鐘的速率使溫度分別達(dá)到250℃和270℃。做完這些步驟后，我們只需等待1小時(shí)，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(huán)境下的水熱改質(zhì)煤樣。對(duì)所得煤樣要進(jìn)行記錄，可以將改質(zhì)溫度作為依據(jù)。在此實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，依據(jù)水熱改質(zhì)時(shí)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(jīng)過幾下幾個(gè)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(jìn)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(yīng)達(dá)36小時(shí)候，進(jìn)行過濾。然后，將濾得的固體用去離子水進(jìn)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(shè)置為70℃，烘烤時(shí)間設(shè)置為24小時(shí)。最后，將經(jīng)過烘烤后的所得物放入一個(gè)充滿氮?dú)獾墓苁綘t中，并以每分鐘增加10℃速率使?fàn)t內(nèi)對(duì)的溫度達(dá)到520℃。保持這個(gè)溫度持續(xù)20分鐘后便可獲得催化劑。

（三）水熱廢水進(jìn)行氣化的具體過程

其具體過程可分為如下幾個(gè)階段：首先，將適量的催化劑放入高壓固定床反應(yīng)管中。其次，將固定床反應(yīng)管中的壓力調(diào)整在20MPa左右，并維持這一壓力。然后，使反應(yīng)管快速升溫，等待2分鐘后便可以收集實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，產(chǎn)物收集量以收集時(shí)間來衡量，當(dāng)收集時(shí)間達(dá)到40分鐘后可以結(jié)束實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)討論

（一）水熱改質(zhì)影響褐煤的基本特性

表1 水熱改質(zhì)前后褐煤的相關(guān)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(fā)現(xiàn)，煤經(jīng)過水熱改質(zhì)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(zhì)有利于煤的脫水脫氧改質(zhì)，這無疑為低階煤的營運(yùn)提供了很大便利。

（二）溫度影響水熱廢水在氣化時(shí)的碳轉(zhuǎn)換率

我們可以發(fā)現(xiàn)，在不同的溫度下，水熱廢水在氣化時(shí)的碳轉(zhuǎn)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(guān)系，即當(dāng)溫度越高時(shí)，進(jìn)行氣化反應(yīng)的碳轉(zhuǎn)化率就越高，反之亦然。這一發(fā)現(xiàn)說明，如果對(duì)水熱廢水進(jìn)行高溫高壓再處理，其氣化的速率以及其所產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)化率比較高，從而達(dá)到更好的廢水凈化效果。

（三）溫度影響水熱廢水氣化所產(chǎn)生的氣體成分

在水熱廢水進(jìn)行氣化時(shí)，廢水中所含的有機(jī)含碳分子將會(huì)轉(zhuǎn)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(jù)了總產(chǎn)氣量的大部分比例。而當(dāng)溫度發(fā)生改變?nèi)缟邥r(shí)，總產(chǎn)氣量以及這種的氣體的各組成部分的產(chǎn)量都呈增加趨勢(shì)。

綜上所述，我們不難得出以下結(jié)論：一方面，通過水熱廢水的氣化過程，水所具有的含碳有機(jī)質(zhì)將被轉(zhuǎn)化為燃?xì)饪梢员恢貜?fù)使用；另一方面，通過水熱廢水的氣化過程獲得的燃?xì)庵缓猩倭緾O，這無疑有利于降低煤氣中毒率。同時(shí)，這種轉(zhuǎn)化而來的燃?xì)夂淄榱扛?，可以有效提高燃?xì)獾臒嶂担瑝嚎s其輸送的體積，提高資源的利用效率。

三、結(jié)論

煤經(jīng)過水熱改質(zhì)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(zhì)有利于煤的脫水脫氧改質(zhì)，這無疑為低階煤的營運(yùn)提供了很大便利；以使用適合的催化劑為前提，對(duì)水熱廢水進(jìn)行高溫高壓再處理，其氣化的速率以及其所產(chǎn)生的碳轉(zhuǎn)化率比較高，從而達(dá)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(jī)質(zhì)將被轉(zhuǎn)化為燃?xì)饪梢员恢貜?fù)使用；而通過水熱廢水的氣化過程獲得的燃?xì)庵缓猩倭緾O，這無疑有利于降低煤氣中毒率。同時(shí)，這種轉(zhuǎn)化而來的燃?xì)夂淄榱扛?，可以有效提高燃?xì)獾臒嶂?，壓縮其輸送的體積，提高資源的利用效率。

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