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在煤炭清潔轉化中的超臨界應用技術

我國煤炭資源豐富，原煤可采儲量占世界的12.8%，排名世界第三位。煤炭是我國能源結構的重要支撐，因此煤炭清潔轉化對我國能源產業發展以及環境保護具有重要意義。超臨界流體（supercritical fluid，簡稱SCF）是指溫度、壓力均高于其臨界溫度和臨界壓力的流體。SCF 兼具氣體和液體的優點，其密度接近液體，具有較大的溶解能力；其粘度接近氣體，具有很強的流動性能；其擴散系數接近氣體，具有很高的擴散速度；此外，超臨界流體綠色、環保、無污染、可回收利用，尤其是超臨界水和超臨界二氧化碳，價廉易得。北京化工大學化工學院將超臨界技術開發應用于煤炭、化工材料、醫療制藥、環境保護、食品衛生等領域。在煤炭方面用于煤發電、煤氣化、煤液化、煤干燥等行業，不僅可以實現煤炭的高效轉化，更為重要的是，能夠有效減少環境污染，實現資源利用的可持續發展。超（超）臨界發電技術是通過提高鍋爐中蒸汽初參數，改善熱循環效率，從而達到提高發電效率的目的。超臨界煤催化氣化技術是指煤在超臨界氣化劑（通常為水）的作用下經過一系列的化學反應過程，產生出富含氫氣、一氧化碳、甲烷等混合氣體的過程。超臨界催化氣化主要特點是氣化合成氣中氫氣含量高，特別適用于煤制氫項目，能夠有效降低后續制氫裝置能耗，提高制氫效率。煤液化技術是煤炭清潔利用的重要途徑，也是緩解我國石油供需矛盾的一項可行有效的技術。目前工業上比較成熟的煤液化技術主要是直接液化和間接液化。使用超臨界技術對煤進行液化，是指將煤炭粉碎到一定粒度后，用處于超臨界狀態的溶劑將煤中可溶性物質（絕大多數有機質）提取出來得到氣體、液體和固體的方法。煤液化生成的氣體作為高熱值的燃燒氣體使用；液體可加氫精制成柴油或經過提純得到高價值化工產品；固態殘煤可以作為廉價的吸附劑。超臨界煤液化實現了溫和、綠色環保條件下煤炭的全面綜合利用，提高了經濟效益。超臨界干燥技術利用超臨界流體擴散系數高的特點，使其快速地進入被干燥物體的內部，溫和、高效地與水分子進行交換起到干燥物料的作用，并且不破壞干燥物形狀和結構。因此，超臨界流體干燥技術在煤干燥方面有重要的應用價值。

北京化工大學 2021-02-01

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