[发明专利]瞬时超临界煤制氢气的方法及装置

说明书

本申请提供了一种从水煤浆中制取氢气的方法，所述方法包括：以幅值高于25MPa的脉冲冲击波施加到水煤浆中，使部分水煤浆在瞬时达到超临界状态，发生煤水反应，制取氢气；通过对所述水煤浆重复施加脉冲冲击波，使水煤浆发生多次、充分的煤水反应，连续制取氢气。本申请还提供一种瞬时超临界煤制氢气装置。上述方法和装置不需要对水煤浆加热，节约了整体加热水煤浆的能量，且降低了对反应腔机械强度的要求。

技术领域

本申请属于脉冲功率技术与高分子化学在能源、环境领域的具体应用，具体涉及一种从水煤浆中制取氢气的方法及装置。

背景技术

我国是一个多煤少油的国家，一次能源消费中，煤炭的占比高达70％，随着我国经济规模的增大，煤炭的年产量接近40亿吨。然而，煤炭在支撑我国经济发展的同时，由于煤炭利用方式和效率，也产生了大量的污染，对环境造成了很大的伤害。煤的高效利用、清洁利用已是重大国策。如何更合理地使用自然资源，提高使用效率，降低环境污染，已成为各国科技界和工业界的奋斗目标。

在各种新能源中，由于氢具有使用无污染、发热量大等优点，煤制氢技术综合了煤的清洁利用和新能源的开发两大时代课题。我国的煤气化制氢发展很快，但和发达国家相比，还很落后。目前在中国运行的气化炉，污染严重，经济效益较差。

现有技术中的“水煮煤”技术开辟了另一种更为环保煤制氢气的技术路线，它是指以超临界水气化为核心的煤的新型高效气化制氢耦合发电技术的俗称。其核心是超临界压强和温度下煤与水的混溶热解技术。煤浆与水进入温度约为600-1000℃，压强约为25MPa的超临界水煤气化炉中进行反应。气化反应的主要产物是H₂和CO₂。由于反应是在超临界水环境中进行的，而超临界水对无机盐的溶解度小至可以忽略不计，因此氮、硫及重金属元素等均在煮锅底部沉积下来并定期集中排出。然而，“水煮煤”技术目前尚存在以下问题：

(1)反应器中部分煤氧化放热区域存在的氧化环境有可能对反应器壁造成腐蚀；

(2)该技术中核心设备新型超临界水煤气化炉和新型混合工质透平是全新的设备，当前全球常规燃煤发电制造产业和工艺无法适用，应用成本较高；

(3)“水煮煤”容器的压强高于现有的气化炉操作压强，因此现有的气化炉在线排渣方式不能直接套用，灰渣的在线收集问题也无法得到有效解决；

综上所述，该方法对设备的要求较高，产气量不稳定，并且反应残渣无法在线回收。

发明内容

基于此，针对上述技术问题，本申请提供了一种从水煤浆中制取氢气的方法及装置。

一种从水煤浆中制取氢气的方法，其中，所述方法包括：

以幅值高于25MPa的脉冲冲击波施加到水煤浆中，使部分水煤浆在瞬时达到超临界状态，发生煤水反应，制取氢气；

通过对所述水煤浆重复施加脉冲冲击波，使水煤浆发生多次、充分的煤水反应，连续制取氢气。

在其中一个实施例中，当所述水煤浆制取氢气完成后，排出所述水煤浆，并重新注入水煤浆，并以幅值高于25MPa的脉冲冲击波再次施加到重新注入的水煤浆中。

在其中一个实施例中，以脉冲冲击波的波源为中心，以球面波从内向外加载到所述水煤浆，在脉冲冲击波传播过程中的压缩区域对水煤浆形成25MPa以上的超压，使所述压缩区域内的水煤浆瞬时达到超临界状态。

在其中一个实施例中，以可重复运行的脉冲功率驱动源驱动冲击波产生源重复产生脉冲冲击波加载于所述水煤浆，所述冲击波产生源包括水间隙放电器或者金属丝放电器。

在其中一个实施例中，根据水煤浆的煤粉的煤阶、煤级、煤粉粒度和煤水比例确定重复向水煤浆加载冲击波的次数。