煤炭超临界水气化-氧化解耦式制氢系统能效分析

摘要

针对煤炭超临界水气化制氢系统整体能量集成优化不足的问题，提出了一种以1 000 m³·h^-1氢气产量（在0℃、1个大气压的标准条件下）为目标的煤炭超临界水气化-氧化解耦式超临界水制氢示范系统，并基于热力学方法对该系统进行了能效分析。基于不同煤种的气化特性确定了解耦式系统的设计参数，考察了不同煤质、温度和压力对系统能量效率的影响规律；根据图像?分析方法揭示了气化器、氧化器、换热器组和系统整体不可逆损失的产生机理。结果表明：在水煤质量比为1∶4,质量流量为1 280 kg·h^-1的条件下，红柳林煤的制氢效率高达66.92%;系统制氢效率随着预热水温度的增加呈现出先增加后下降的趋势，随着反应压力的增加，总产气量和氢气产量均下降；系统中气化反应器和氧化反应器的不可逆损失最大，高品位产气与低品位吸热混合工质之间存在较大品位差距是不可逆损失产生的主要原因；减少换热器不可逆损失的途径是减少冷热流体的品位差，即减少换热全过程的温度差。该研究结果可为煤炭超临界水气化制氢系统设计提供技术参考。

关键词

超临界水气化 / 解耦式系统 / 图像?分析 / 热力学

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2020YFA0714400); 陕西省创新能力支撑计划科技创新团队项目(2025RS-CXTD-014); 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2024JC-YBQN-0408)