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        探討褐煤水熱改質(zhì)及改質(zhì)廢水催化氣化

        2015-12-28 05:05:21王穎
        科學(xué)中國(guó)人 2015年23期
        關(guān)鍵詞:低階褐煤水熱

        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(guò)水熱改質(zhì)這一過(guò)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(guò)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(guò)氣化過(guò)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(lái)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(guó)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(lái),但就我國(guó)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(wèn)題,希望通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程需經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程

        其具體過(guò)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(lái)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(guò)觀察和分析上后表,我們不難發(fā)現(xiàn),煤經(jīng)過(guò)水熱改質(zhì)這一過(guò)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(shuō),水熱改質(zhì)有利于煤的脫水脫氧改質(zhì),這無(wú)疑為低階煤的營(yíng)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(shuō)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(guò)水熱廢水的氣化過(guò)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(guò)水熱廢水的氣化過(guò)程獲得的燃?xì)庵缓猩倭緾O,這無(wú)疑有利于降低煤氣中毒率。同時(shí),這種轉(zhuǎn)化而來(lái)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。

        三、結(jié)論

        煤經(jīng)過(guò)水熱改質(zhì)這一過(guò)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(shuō),水熱改質(zhì)有利于煤的脫水脫氧改質(zhì),這無(wú)疑為低階煤的營(yíng)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(guò)水熱廢水的氣化過(guò)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(guò)水熱廢水的氣化過(guò)程獲得的燃?xì)庵缓猩倭緾O,這無(wú)疑有利于降低煤氣中毒率。同時(shí),這種轉(zhuǎn)化而來(lái)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。

        [1]陶建紅.褐煤干燥特性研究[J].潔凈煤技術(shù).2010年04期

        [2]蔣斌,高俊榮,賈世陽(yáng),董桂霖,楊志剛,張蕾.褐煤干燥脫水技術(shù)的研究進(jìn)展[J].干燥技術(shù)與設(shè)備.2011年02期

        [3]周國(guó)江,蘇軍.水熱處理對(duì)褐煤性質(zhì)及型煤抗壓強(qiáng)度的影響[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào).2010年02期

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