新型超临界水中煤气化制氢产物的CO_2分离研究

【摘要】：煤气化制氢是将煤与气化剂在一定的温度、压力等条件下发生化学反应而气化为以H2和CO为主要成分的气态产品，然后经过CO变换和分离、提纯等处理而获得一定纯度的产品氢。研究表明，常规的煤气化过程中二氧化碳的分离能耗高达气化过程总能耗的12%，而超临界水中煤的气化制氢新技术，凭借超临界水独特的气化特性，有望大幅降低CO2分离能耗。 首先基于超临界水中煤气化压力高的特点，结合氢气和二氧化碳在高压水中溶解度的差异，采用高压水吸收法分离二氧化碳，构建了高压水吸收法分离二氧化碳系统；其次，对现有的气液相平衡模型进行筛选，通过模型计算获得了高压水吸收过程和解吸过程中气相和液相组分的摩尔分数；最后针对高压水吸收法分离二氧化碳系统，建立了能量分析模型和火用分析模型，通过该模型对超临界水中煤气化制氢产物中二氧化碳的分离过程进行研究，探究了超临界水中煤部分气化和完全气化时压力和温度对二氧化碳分离过程中能量效率、火用效率以及二氧化碳分离能耗的影响。研究得到：随着压力的升高，二氧化碳分离过程中的能量效率逐渐增加，火用效率缓慢增加后开始下降，二氧化碳分离能耗不断下降，压力大于8MPa时超临界水中煤气化产物中二氧化碳的分离能耗低于常规煤气化过程；随着温度的升高，能量效率下降，火用效率不断增加，二氧化碳分离能耗迅速增加。 本文对超临界水中煤气化产物中二氧化碳分离过程进行研究，得到了超临界水中煤气化产物中分离二氧化碳的最佳压力和最佳温度，为超临界水中煤气化制氢新技术中分离器的设计提供依据。 【关键词】：超临界水 煤气化 二氧化碳 分离能耗 氢气提纯
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 传统煤制氢技术简介11-13
• 1.2.1 煤制氢的基本原理11-12
• 1.2.2 传统煤制氢技术存在的问题12-13
• 1.3 超临界水中煤气化制氢简介13-16
• 1.3.1 超临界水的特性13-15
• 1.3.2 超临界水中煤气化制氢的原理15-16
• 1.4 超临界水中煤气化制氢技术国内外研究现状16-17
• 1.4.1 超临界水中煤气化制氢技术国内研究现状16
• 1.4.2 超临界水中煤气化制氢技术国外研究现状16-17
• 1.5 二氧化碳分离方法综述17-19
• 1.6 本文主要研究内容19-21
• 2 气液相平衡模型的建立与热力学分析方法介绍21-39
• 2.1 气液相平衡概论21-25
• 2.1.1 气液相平衡理论基础21
• 2.1.2 气液相平衡判据21-25
• 2.2 气液相平衡计算模型建立25-31
• 2.2.1 状态方程和混合规则25-27
• 2.2.2 g~E计算模型27-29
• 2.2.3 逸度计算29-31
• 2.3 热力学分析方法介绍31-39
• 2.3.1 用能系统分析方法的对比31
• 2.3.2 能分析法31-33
• 2.3.3 火用分析法33-39
• 3 压力对超临界水中煤部分气化制氢产物分离过程的影响39-48
• 3.1 压力对气液相平衡的影响40-42
• 3.1.1 压力对气体摩尔分数的影响40-41
• 3.1.2 压力对气体吸收率的影响41-42
• 3.1.3 压力对 H_2的纯度和收率的影响42
• 3.2 压力对 CO_2分离过程的影响42-46
• 3.2.1 压力对 CO_2分离过程能量效率的影响42-44
• 3.2.2 压力对 CO_2分离过程火用效率的影响44-45
• 3.2.3 压力对 CO_2分离过程分离能耗的影响45-46
• 3.3 压力对 CO_2收率的影响46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 温度对超临界水中煤部分气化制氢产物分离过程的影响48-54
• 4.1 温度对气液相平衡的影响48-50
• 4.1.1 温度对气体摩尔含量的影响48
• 4.1.2 温度对气体吸收率的影响48-49
• 4.1.3 温度对 H_2的纯度和收率的影响49-50
• 4.2 温度对 CO_2分离过程的影响50-52
• 4.2.1 温度对 CO_2分离过程能量效率的影响50-51
• 4.2.2 温度对 CO_2分离过程火用效率的影响51-52
• 4.2.3 温度对 CO_2分离能耗的影响52
• 4.3 温度对 CO_2收率的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 煤在超临界水中完全气化制氢产物分离规律54-66
• 5.1 压力对超临界水中煤完全气化制氢产物分离过程的影响54-60
• 5.1.1 压力对气液相平衡的影响54-56
• 5.1.2 压力对 H_2的纯度和收率的影响56
• 5.1.3 压力对 CO_2分离过程的影响56-59
• 5.1.4 压力对 CO_2收率的影响59-60
• 5.2 温度对超临界水中煤完全气化制氢产物分离过程的影响60-65
• 5.2.1 温度对气液相平衡的影响60-61
• 5.2.2 温度对 H_2的纯度和收率的影响61-62
• 5.2.3 温度对 CO_2分离过程的影响62-64
• 5.2.4 压力对 CO_2收率的影响64-65
• 5.3 小结65-66
• 6 结论与展望66-67
• 6.1 结论66
• 6.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71

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