基于超临界水气化的煤制氢利用技术优化研究

摘 要：为解决超临界水气化煤制氢技术中碳转化率低、Ｈ_２选择性不足及能耗偏高的问题，以长焰煤为原料，构建“参数奠基 －催化剂强化 －工艺耦合节能”递进式调控体系，基于连续式超临界水气化（ＳＣＷＧ）装置开展实验。通过优化反应参数、改性 Ｎｉ基催化剂、耦合节能工艺，最终实现碳转化率 ９２.３７％、Ｈ２ 选择性 ８６.５１％，单产能耗降至 １２.７３ｋＪ／ｍｏｌ。该递进式优化策略为技术工业化提供了精准可行的技术方案。

关键词：超临界水气化；煤制氢；技术优化

０ 引言

氢能是清洁能源转型核心载体，超临界水气化（ＳＣＷＧ）煤制氢因清洁高效成为研究热点，但现有研究多聚焦单一因素优化，缺乏系统性协同调控，导致效率与能耗难以兼顾。本文创新点在于建立递进式变量调控体系，先适配反应参数，再通过 Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｅ多元催化剂改性突破效率瓶颈，最后耦合余热回收与反应器优化实现节能。以长焰煤为原料，通过连续式 ＳＣＷＧ装置验证方案可行性，为技术升级提供理论与实验支撑。

１ 煤在超临界水中的气化反应机理

煤在超临界水中的气化反应为多步骤协同过程，核心包含热解、挥发分重整与焦炭气化 ３个连续阶段。热解阶段，煤中大分子有机质在高温下断裂，生成焦油、ＣＨ_４、ＣＯ等小分子挥发分，温度是主要影响因素；随后挥发分与超临界水发生重整反应，焦油等难降解成分在溶剂化作用下转化为 Ｈ_２、ＣＯ_２，反应速率取决于煤水接触效率；最终残留焦炭与超临界水发生水煤气反应（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２ ＋ＣＯ），该反应是 Ｈ_２ 的重要生成路径，速率受活性自由基生成与焦炭表面活性位点数量调控。

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