以煤化工廢水為原料！制氫聯(lián)產(chǎn)淡水中試裝置開車成功
利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源產(chǎn)生的綠電，驅(qū)動電解水反應(yīng)制氫，對解決我國能源短缺問題并實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義，但目前面臨可再生能源與淡水資源地域分布不匹配，以及淡水資源緊缺的挑戰(zhàn)。近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員鄧德會和副研究員劉艷廷團隊在煤化工廢水資源化利用方面取得新進展，研發(fā)出以煤化工廢水為原料制備高純氫氣聯(lián)產(chǎn)淡水的新技術(shù)，并依托該技術(shù)完成了25千瓦級中試裝置的測試驗證。
該中試裝置。大連化物所供圖
我國富煤、貧油、少氣的能源結(jié)構(gòu)決定了煤化工產(chǎn)業(yè)的重要地位。但煤化工行業(yè)在發(fā)展的同時也帶來了環(huán)境問題，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，其成分復(fù)雜，處理工序繁雜，整個治理過程產(chǎn)生的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于收益。因此，開發(fā)經(jīng)濟有效的以煤化工廢水為原料的氫氣制備新方法和新技術(shù)具有重要意義。
鄧德會研究團隊在前期工作基礎(chǔ)上研發(fā)出海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)，實現(xiàn)以海水為原料制備出高純氫氣并聯(lián)產(chǎn)淡水和高附加值濃海水，該技術(shù)于2023年12月通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果評價。
本工作中，研究團隊將海水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)進一步拓展應(yīng)用到以工業(yè)廢水為原料的制氫領(lǐng)域，將電解水制氫與廢水處理技術(shù)進行耦合集成，研發(fā)出煤化工廢水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)。該技術(shù)利用了大連化物所研發(fā)的水熱氧化模塊，以此去除煤化工廢水中的揮發(fā)性有機物及含氮污染物，再利用研究團隊自主研發(fā)的堿性電解水廢熱回收耦合廢水低溫蒸餾系統(tǒng)，進行廢水低溫蒸餾淡化，產(chǎn)生的淡水除了進入到電解水制氫系統(tǒng)以滿足自身的電解需求，還額外聯(lián)產(chǎn)大量的淡水，可以用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活等領(lǐng)域。此外，電解水產(chǎn)生的氧氣可以滿足水熱氧化模塊對純氧氣的需求，提高了水熱氧化的效率并降低了用氧成本。最終實現(xiàn)煤化工廢水“變廢為寶”，制備出高純氫氣并聯(lián)產(chǎn)淡水。
在此基礎(chǔ)上，研究團隊基于自主研發(fā)的鎧甲催化劑整體式電極，研制出25千瓦級煤化工廢水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水中試裝置。團隊以新疆哈密地區(qū)蘭炭廢水為原料進行中試試驗，廢水中化學(xué)需氧量（COD）為51000mg/L，總氮為2892mg/L，鹽度為32000ppm。中試裝置運行結(jié)果顯示，其實現(xiàn)了以煤化工廢水為原料高效制氫聯(lián)產(chǎn)淡水，氫氣產(chǎn)能3萬方/年，氫氣純度≥99.999%，產(chǎn)生的淡水在滿足自身電解需求的基礎(chǔ)上，聯(lián)產(chǎn)淡水6噸/年，淡水鹽度≤50ppm，淡水中COD與總氮含量均未檢出（COD檢出限為4mg/L，總氮檢出限為20μg/L），證明了煤化工廢水制氫聯(lián)產(chǎn)淡水新技術(shù)的可行性與先進性。
該技術(shù)有望助力我國氫能產(chǎn)業(yè)與煤化工等工業(yè)廢水資源化利用的綠色、高質(zhì)量發(fā)展。