固有矿物质对胜利褐煤气化过程中水煤气变换反应特性的影响

发布时间：2020-06-27 00:44

【摘要】：低阶褐煤资源丰富,对褐煤的开发利用成为研究重点。本文选取内蒙古胜利褐煤(简称SL),通过惰气气氛700℃炼焦得到褐煤焦、酸洗煤焦和酸洗添加金属离子煤焦,采用工业分析、FT-IR、Raman、XRD、XPS等方法对煤焦进行基础表征,在高纯Ar及(10%CO+90%Ar)两种气氛下利用固定床煤-气化反应装置程序升温考察煤焦的水蒸气气化性能,并对气化反应过程进行动力学计算分析。从工业分析数据可以看出,三种煤焦的干基灰分含量存在显著差异,SL~+-Na-700J明显高于其它煤焦,且固定碳含量最低,SL~+-700J的干基灰分最低,说明HCl洗脱了褐煤中一些矿物质,导致干基灰减少;从FT-IR中可知,HCl洗脱对褐煤焦的内部官能团影响不大;从煤焦的Raman表征数据分析可知,SL~+-Ni-700J的石墨化程度最大,导致平面晶体尺寸最小。煤焦石墨化程度越小,杂原子含量越高,结构越不稳定,反应越有可能发生;从XRD表征数据可知,酸洗添加金属离子煤焦的d_(002)值与SL-700J的d_(002)值相比有不同程度的增加,Ca、Na的芳香度f_a数值大于其它金属离子,增大了煤焦的晶面间距,煤焦的有序度减小;从XPS的表征数据分析,三种煤焦的芳香结构或取代烷烃在77%以上均大于其它基团含量,说明了褐煤焦、酸洗煤焦和酸洗添加金属离子煤焦的主体碳结构是C-C/C-H。在高纯Ar气氛下,煤焦在中低温区(500℃-700℃)的水蒸气气化反应主要受Ca的影响较大,而在高温区(600℃-850℃)的水蒸气气化反应Na的催化气化反应性最强。在浓度为(10%CO+90%Ar)的混合气氛下,水煤气变换反应的进度ξ显著提高。Ca、Fe及Ca/Fe混合在中低温区(500℃-650℃)对水煤气变换反应具有良好的催化效果;然而Fe在中低温区(500℃-700℃)对碳的气化反应催化效果不明显,在温区为(750℃-900℃)之间具有很好的气化活性;Ca/Fe混合在温区(600℃-900℃)一直都有很好的气化反应活性,在相同温区下其水煤气变换反应也是具有良好的催化作用。综合数据可以看出,酸洗添加金属离子煤焦的水蒸气气化反应性顺序为:SL~+-Ca-700JSL~+-Na-700JSL~+-Ca/Fe-700JSL~+-Ni-700JSL~+-Fe-700JSL~+-Cu-700J。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ546
【图文】：

流程图,煤焦,流程图,酸洗

2.2 酸洗添加金属离子样品及焦样的制备由于碱金属钠、碱土金属钙和过渡金属镍等金属离子在水蒸气气化反应一定的催化作用，选取试剂 Ca(NO3)2·4H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3HNO3和 Ni(NO3)2·6H2O 的分析纯样品作基础底物，将试剂和基础煤样进一并充分混合。首先，称取 10g 酸洗煤，并将所含金属离子的量计算为对应为 5%的酸洗煤质量。称量所需的金属硝酸盐晶体，将称量的样品倒入烧杯入蒸馏水至 100ml，充分混合并搅拌，加入过量氨水(100ml)，滴加和搅拌进行。滴加氨水的目的是提高阳离子的分散度，将目标金属沉积在载体表通过沉积沉淀法得到均匀分布的高度分散的金属颗粒，防止团簇的形成，于水煤气变换反应。然后，将混合均匀的样品在干燥箱中 105 ℃干燥，所分别命名为 SL+-Ca、SL+-Fe、SL+-Cu、SL+-Na 和 SL+-Ni。紧接着将所得酸洗煤在惰性气氛下操作，程序升温至 700℃，得到的焦炭样品记+-Ca-700J、SL+-Fe-700J、SL+-Cu-700J、SL+-Na-700J 和 SL+-Ni-700J。

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图 2-2 煤焦水蒸气气化反应测试流程图Figure 2-2 Test flow chart of lignite chars water vapor gasification reaction和焦油混合物通过气-液分离器，气体通过气-液分离器后冷凝，后进行数据采集，最后通过皂沫流量计排出。在实验中收集的气体、CH4、CO2，在该实验中，混合气体是由浓度为(10%CO+90%的气体通过色谱进行定性和定量分析。文中有关煤焦水蒸气气化特在相应条件下通过煤水蒸气气化产生的总反应值。由于各煤焦的d 和 Fcd 数值均不同，为统一研究标准。给出的数据除特殊说明无灰基为基准，并且通过以下公式进行数据的标准无量纲化[39-40]业分析数据均用百分数表示。totali,outV 100V100 y total i,outiad adV y 0.82F 100%22.4 m (100-M -A )煤

【参考文献】