020#100023@煤炭地下气化制氢的理论与实践new

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1、维普资讯http://www.cqvip.com磷疑删下气t昂)资源环境l如一≥煤炭地下气化制氢的理论与实践TheoryendPrecticeofGeneretingHydrogenbyUndergroundPneuma—toIv8IsofC08I，1-，ff)梁雨杰余力{系。徐{221008)对于今后持续增长的能源需求，紧急而且重要行有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用产生的课题是引进一种解决全球规模环境问题的洁净可燃气体，这一过程在地下气化炉的气化通道中由新能源——氢。关于用纯氢作为能源的建议，最早三个反应区域(氧化区、还原区和干馏干燥区)来实的文字

2、记载出现在1870年朱尔斯·费恩写的一本现见图1。科学幻想小说《神秘岛》中。刭本世纪初，氢能的研究和利用已初具规模。1938年，直升飞机的创始人西考斯基提出了在航空机械中用氢作为燃料的设想19481955年，在加拿太多伦多大学的实验室里，R．O．金进行了氢作为普通内燃机燃料的研究，试图用氢代替汽油。到5O年代，美国进行了军用飞机用液氢作燃料的研究6o年代，氢一氧燃料电池也发展起来了，给氢作为能源又开辟了一个新的领域。为解决环境问题，近年来发达国家加大了氢能研究的投资。美国通过了“国家清洁空气议案”和“氢能研究和发展及展示规划决议案”，1993、l994和1

3、995年用在氢能上的投资分别为380万、l200万和5800万美元。到2000年，用在氢能上的投资将达1．35亿美元。El本新近制定的1993~2020年新“阳光计划”，将有3．5亿美元用于氢能研究，年平均为1300万美元。德国在积极发展太阳能氢能计划，建立了太阳能氢能研究所，还与沙特阿拉伯合作研究阳光发电制氢技术。我国在氢能技术方面也取得了可喜的进步。北啊1煤炭地下气化原理示意阻京石油大学研制的新型观反应器制氢技术，能耗可由进气孔鼓人气化荆，其有效成分是o：和水降低到3千瓦时／标准立方米氢南开大学、浙江大蒸汽。在氧化区中主要是o与煤层中的碳发生多学上海工

4、业大学研制的金属氢化物镍氢电池可反相化学反应，产生大量的热，使气化炉达到气化反复充放500次以上，可望在小型电动车上得到应应所必需的温度条件。在还原区主要反应是CO。和用。但氢能今天并未达到完全实用的水平。为此，我H与炽热的煤层相遇，在足够高的温度下，co还们提出煤炭地下气化制氢技术的研究，以期能够实原成CO，HO分解出H。在于馏干燥区，煤层在高现廉价的太规模制氢鉴于在今后很长一段时间温作用下，挥发组份被热分解，而析出于馏煤气，在里，煤炭仍然在世界能源结构中占主导地位，因此出气孔侧，过量的水蒸汽和CO发生变换反应。经希望煤炭地下气化制氢技术的研究将会对以氢

5、与过这三个反应区后，就形成了含有Hz、CO和CH。的电为主的未来能源应用作出贡献。煤气反应区的划分，可以以温度为标志，从化学反应角度来讲，它们没有严格的界限，气化通道任何煤炭地下气化制氢原理与实践位置，都有可能进行热解、还原和氧化反应。反应区的划分只说明这三种反应在不同位置的相对强弱煤炭地下气化，就是将处于自然状态下的煤进50ScienceandTechnologyReview8／1995维普资讯http://www.cqvip.com程度而已。从煤炭地下气化产气原理可看出，煤炭地下气化过程中氢气来自三个方面，即水蒸汽的分解、于馏煤气和CO的变换反应^暑)

6、1c^暑)*毯镧翻LL吼1．水蒸汽分解反应水蒸汽分解反应主要是高温碳与水蒸汽作用生成CO和H：，其反应方程式和焦炭制氢一样在地下气化过程-中，水蒸汽的分解反应在氧化区和还原区都有发生，但在氧化区产生的CO和H：又遇氧燃烧。因此，主要是在还原区产生H。还原区的温度一般在600～1000℃之间，其长度为氧化区的1．5～2倍，压力在0．01～0．2兆帕之间，因此，还原区有利于生成物浓度的提高，见图2fI1JJ2，上I3／n．I4／i

7、

8、，5，』f}6，V{，，t／rl，-a鱼苎田3恒定加热照度下热解时所矗出的口!IIl暑／．■媾茸茸＼磺筐州壮r气体里份奠噩度的变

9、化(o)置(b)为Klein的数据：C~Jstov-VM=29t■(mof)-田2不同噩度下木蒸气分解反应加热照度一1℃／分钟。(c)为Juntgen和VonHeek数据：VM总照度与压力的关系一19．1重量。加热速度一2"C／分钟1～6分别裒示反应压力为0．098，0．98，1．98，4．9，6．86和9．8兆帕。氢气可以在比较广的温度范围内，甚至1～2℃／分钟慢速加热情况下产生，氢气的产生被认为由图2可以看出，随着温度的升高，反应速度是多个重迭的一级反应结合的产物。干馏煤气主要增大；而在不变温度下，随着压力的增加，反应速度来自还原区和干馏干燥区，还原区

10、属中温或高温干下降。由于加压不利于水蒸汽的分解反应，因而只馏，而干