王颖

锡林郭勒职业学院

探讨褐煤水热改质及改质废水催化气化

王颖

锡林郭勒职业学院

本文主要立足于相关实验结果，分析水热改质前后的元素变化、废水气化所产生的碳转化率、煤工业的相关情况以及气体产物的相关情况，以达到对所选课题，即褐煤水热改质及改质废水催化气化的准确研究。根据研究结果，我们可以得出这样的结论：1.煤经过水热改质这一过程后，其含水量减少，这也就意味着它的含氧量降低，从而提高了其碳元素的含量。2.水热改质过程所产生的废水，具有良好的气化反应效果，这使得在催化作用下进行气化反应时，气化的速率以及其所产生的碳转化率比较高。3.通过气化过程，水所具有的含碳有机质将被转化为燃气可以被重复使用。

褐煤；水热改质；温度；甲烷化反应

就目前情况来看，传统的产煤区的产煤量始终增幅不大，优质煤量更是呈现出逐年减少的趋势，这使得煤炭资源出现供不应求的局面，其价格也处于快速增长的状态。在这种情况下，对于我国的一些边远地区如新疆、内蒙和云南这些地区所蕴含的丰富的煤炭资源进行开采显得颇为重要。这些地区所产的煤大多为既廉价又低阶的煤。但是这种煤所含的水元素和氧元素不利于对其的大规模开发。因此，为了能处分开掘出这些地方的廉价低阶煤，必须加强对这些煤的脱水脱氧改质工作。最近几年，水热处理这门技术逐渐发展起来，但就我国而言，其发展还很不成熟，很多方面都还欠缺必要的研究。鉴于此，本文选择了有关水热处理的研究课题，主要是探讨水热废水的高温高压再处理问题，希望通过本文的研究，可以将废水变废为宝，重新变为可供人类使用的资源，并进一步推进廉价低阶煤的水热改质工作及其完善其商业化运行模式。

一、相关实验

（一）进行水热改质的过程

先将等量的褐煤和蒸馏水同时放入高压釜中，然后将高压釜中的空气排出，注入氮气。再以每分钟增加1℃的速度，使高压釜内的温度达到70℃，在此基础上，以2℃每分钟的速率使温度分别达到250℃和270℃。做完这些步骤后，我们只需等待1小时，使它渐渐冷却，最后与室温持平。然后将高压釜中的混合物过滤，得到在室温环境下的水热改质煤样。对所得煤样要进行记录，可以将改质温度作为依据。在此实验中，可记录为HIM270和HIM320。过滤后的剩余溶液就是水热废水，在此实验中，依据水热改质时温度的不同，可以分别记录为RHW270和RHW320。

（二）制作催化剂的过程

制作催化剂必须具备用品有：球状离子交换树脂以及六水硫酸镍。其具体制作过程需经过几下几个步骤：首先，取40克六水硫酸镍和230毫升氨水，并将前者置于后者中进行溶解。其次，在其混合溶液中放入15克的离子交换树脂，等待它们互相反应达36小时候，进行过滤。然后，将滤得的固体用去离子水进行清洗，并将清洗后的所得物置于真空烘箱中，将烘箱的温度设置为70℃，烘烤时间设置为24小时。最后，将经过烘烤后的所得物放入一个充满氮气的管式炉中，并以每分钟增加10℃速率使炉内对的温度达到520℃。保持这个温度持续20分钟后便可获得催化剂。

（三）水热废水进行气化的具体过程

其具体过程可分为如下几个阶段：首先，将适量的催化剂放入高压固定床反应管中。其次，将固定床反应管中的压力调整在20MPa左右，并维持这一压力。然后，使反应管快速升温，等待2分钟后便可以收集实验产物，产物收集量以收集时间来衡量，当收集时间达到40分钟后可以结束实验。

二、实验结果和相关讨论

（一）水热改质影响褐煤的基本特性

表1 水热改质前后褐煤的相关元素分析，可制作成下表：

通过观察和分析上后表，我们不难发现，煤经过水热改质这一过程后，其含水量减少，这也就意味着它的含氧量降低，从而提高了其碳元素的含量。这也就是说，水热改质有利于煤的脱水脱氧改质，这无疑为低阶煤的营运提供了很大便利。

（二）温度影响水热废水在气化时的碳转换率

我们可以发现，在不同的温度下，水热废水在气化时的碳转化率是不同的，通常情况下，这两者之间保持着一种正比例变化关系，即当温度越高时，进行气化反应的碳转化率就越高，反之亦然。这一发现说明，如果对水热废水进行高温高压再处理，其气化的速率以及其所产生的碳转化率比较高，从而达到更好的废水净化效果。

（三）温度影响水热废水气化所产生的气体成分

在水热废水进行气化时，废水中所含的有机含碳分子将会转化为气体，这种气体的主要由CO2和CH4、H2等成分组成。其中，H2和CH4作为可燃性气体占据了总产气量的大部分比例。而当温度发生改变如升高时，总产气量以及这种的气体的各组成部分的产量都呈增加趋势。

综上所述，我们不难得出以下结论：一方面，通过水热废水的气化过程，水所具有的含碳有机质将被转化为燃气可以被重复使用；另一方面，通过水热废水的气化过程获得的燃气只含有少量CO，这无疑有利于降低煤气中毒率。同时，这种转化而来的燃气含甲烷量高，可以有效提高燃气的热值，压缩其输送的体积，提高资源的利用效率。

三、结论

煤经过水热改质这一过程后，其含水量减少，这也就意味着它的含氧量降低，从而提高了其碳元素的含量。这也就是说，水热改质有利于煤的脱水脱氧改质，这无疑为低阶煤的营运提供了很大便利；以使用适合的催化剂为前提，对水热废水进行高温高压再处理，其气化的速率以及其所产生的碳转化率比较高，从而达到更好的废水净化效果；通过水热废水的气化过程，水所具有的含碳有机质将被转化为燃气可以被重复使用；而通过水热废水的气化过程获得的燃气只含有少量CO，这无疑有利于降低煤气中毒率。同时，这种转化而来的燃气含甲烷量高，可以有效提高燃气的热值，压缩其输送的体积，提高资源的利用效率。

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