一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法

摘要

本发明公开了一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，其包括以下步骤：步骤一、将钢渣、褐煤分别进行研磨，并筛分至120目以下；步骤二、按质量百分比称钢渣和褐煤；步骤三、在三维混料机中干混15‑20min；步骤四、将混合物料填充于反应器内，使气体与物料充分接触且能通过物料；步骤五、在氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，在900‑950℃下持续反应制得氢气。本发明的优点：以热闷钢渣作为载氧体，在氮气气氛下，通入水蒸气与褐煤进行反应生产氢气，工艺流程简单，运行成本低，原料来源广泛；充分利用热闷钢渣中的铁、镁、铝、钙等元素，一方面可以促进化学链气化产氢的效率，另一方面能消纳部分钢渣，实现工业固废的减量和资源化利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，属于工业固废资源化利用领域。

背景技术

大量堆积的冶炼废渣不仅占用土地，也造成了资源浪费。目前，钢渣处理方法以堆积填埋为主，存在重金属污染的风险。综合利用钢渣的方法主要是：作为路基、矿坑填埋原料，作为冶金原料、作为建筑材料等。

化学链气化技术是一种高效率、绿色环保的新型能源利用方式，利用载氧体传递的晶格氧进行反应，通过控制燃料添加量、反应温度、水蒸气通入量等条件，可以使燃料转化成CO和H2。与传统产氢技术相比，化学链气化避免了燃料型和热力型NOX的生成，同时产生高品位热量，实现能源循环和高效利用。载氧体的性能是化学链气化的关键，氧传递能力的优劣对反应过程有很大的影响。单一活性组分的载氧体已经不能满足工艺发展的需求，目前对新型载氧体的研究逐渐向复合型、多功能型、高稳定型发展。而随着工业固废堆积量大，环境污染等问题的凸显，资源化利用固废必然会成为研究的热点。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，以工业固废热闷钢渣作为载氧体，主要利用其中的铁类、钙类氧化物，由于钢渣中还含有一定量MgO和Al2O3，因此对化学链气化产氢过程有明显的促进作用，使产生的氢气纯度较高，CO2、CO、CH4、H2S等其他气体的含量少，易于去除，便于后续使用。

本发明通过下述方案实现：一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，其按照以下步骤进行：

步骤一、将钢渣、褐煤分别进行研磨，并筛分至120目以下；

步骤二、按质量百分比称取步骤一研磨筛分后的钢渣和褐煤；

步骤三、将步骤二称取的钢渣和褐煤在三维混料机中干混15-20min；

步骤四、将步骤三的混合物料填充于反应器内，使气体与物料充分接触且能通过物料；

步骤五、在氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，在900-950℃下持续反应制得氢气。

选用工业固废热闷钢渣作为载氧体。

所述热闷钢渣中化学成分的质量百分比如下：CaO的质量百分比为35％-45％、SiO2 的质量百分比为15％-20％、Fe2O3的质量百分比为23％-28％、MgO的质量百分比为5％-10％、Al2O3的质量百分比为4％-6％、TiO2的质量百分比为3％-5％、Na2O和 K2O混合的质量百分比为0.1％-0.5％，总量为100％。

所述褐煤中化学成分的质量百分比如下:碳的质量百分比60％-65％、硫的质量百分比1％-1.5％、氢的质量百分比4％-5％、氮的质量百分比1％-1.5％、全水分的质量百分比20％-30％、干燥基灰分的质量百分比48％-53％、低热值15-20 MJ/kg。

所述褐煤为低热值，热值为15-20MJ/kg。

所述步骤二中原料按照以下质量百分比配料：钢渣的质量百分比为20％-50％，褐煤的质量百分比为50％-80％。

热闷钢渣在褐煤化学链气化制氢方法中的应用。

热闷钢渣作为载氧体在褐煤化学链气化制氢方法中的应用。

本发明的有益效果为：

1、本发明以热闷钢渣作为载氧体，在氮气气氛下，通入水蒸气与褐煤进行反应生产氢气，工艺流程简单，所用设备种类少，运行成本低，原料来源广泛，利用工业固废可大幅降低生产成本；

2、本发明充分利用热闷钢渣中的铁、镁、铝、钙等元素，一方面可以促进化学链气化产氢的效率，另一方面能消纳部分钢渣，实现工业固废的减量和资源化利用，符合绿色环保可持续发展的理念；

3、本发明产生氢气纯度较高，CO、CO2、CH4等气体含量少，易于去除，可满足工业生产的需求；

4、本发明的钢渣中含有较多的钙、铁氧化物，氧转移性能较好，适合作为钙铁复合载氧体被用于化学链气化产氢；

5、本发明的钢渣中还含有镁、铝等金属，能提高反应活性，对促进氢气的生产亦有明显效果；

6、现有复合载氧体多用纯物质制备，价格昂贵，而钢渣是炼钢过程的副产物，含有多种氧化物，价格低廉，易获取，可以大大降低载氧体制备的成本；

7、该技术可以充分发挥钢渣中金属的利用价值，且可以消纳大量钢渣，解决了固体废物堆积的问题，是我国探索保护环境和经济发展平衡道路上的一种思路。

附图说明

图1为本发明一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法的工艺流程图。

图2为实例里中氢气产量-温度变化曲线。

具体实施方式

下面结合图1-2对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

实施例1：一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，其按照以下步骤进行：

步骤一、将热闷钢渣、褐煤分别进行研磨，并筛分至120目以下；

步骤二、按质量百分比称取步骤一研磨筛分的热闷钢渣18.5g和褐煤18.5g；

步骤三、将步骤二称取的热闷钢渣和褐煤在三维混料机中干混20min；

步骤四、将步骤三的混合物料填充于反应器内，使气体与物料充分接触且能通过物料；

步骤五、在100mL/min氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，以5℃/min升温速率升至950℃，在950℃下持续反应2h，制得氢气含量≥86％。

实施例2：一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，其按照以下步骤进行：

步骤一、将热闷钢渣、褐煤分别进行研磨，并筛分至120目以下；

步骤二、按质量百分比称取步骤一研磨筛分的3.7g和褐煤14.8g；

步骤三、将步骤二称取的热闷钢渣和褐煤在三维混料机中干混20min；

步骤四、将步骤三的混合物料填充于反应器内，使气体与物料充分接触且能通过物料；

步骤五、在100mL/min氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，以5℃/min升温速率升至950℃，在950℃下持续反应2h，制得氢气含量可达≥86％。

实施例3：一种基于钢渣载氧体的褐煤化学链气化制氢的方法，其按照以下步骤进行：

步骤一、将热闷钢渣、褐煤分别进行研磨，并筛分至120目以下；

步骤二、按质量百分比称取步骤一研磨筛分的7.4g和褐煤11.1g；

步骤三、将步骤二称取的热闷钢渣和褐煤在三维混料机中干混20min；

步骤四、将步骤三的混合物料填充于反应器内，使气体与物料充分接触且能通过物料；

步骤五、在100mL/min氮气气氛下，向反应器内通入水蒸气，以5℃/min升温速率升至950℃，在950℃下持续反应3h，制得氢气含量可达≥88％。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。