AAEMs在煤焦與H2O-CO2氣化過程中的遷移規(guī)律及其對氣化反應(yīng)性的影響.pdf

1、發(fā)展煤制天然氣(SNG)項目不僅能緩解我國天然氣的供需矛盾，推進能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對國家能源安全具有重要的戰(zhàn)略意義，而且能促進節(jié)能減排，符合我國對煤化工的清潔高效利用的要求。碎煤加壓干法排灰氣化技術(shù)由于其技術(shù)路線成熟、粗煤氣中甲烷含量高等優(yōu)勢，成為了我國煤制天然氣中應(yīng)用最為廣泛、最具競爭力的技術(shù)。為了解決其含酚廢水的排放量大的問題，提出了 CO2作為氣化劑返爐替代部分水蒸氣的方案，所以研究多元氣化劑存在下的氣化反應(yīng)具有重要意義。在課題組前

2、期研究中，發(fā)現(xiàn)了富含堿金屬和堿土金屬(AAEMs)的伊寧煤和五彩灣煤與 H2O/CO2共氣化過程中會出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，而協(xié)同效應(yīng)的產(chǎn)生與煤中AAEMs類礦物質(zhì)密切相關(guān)。為了探究協(xié)同效應(yīng)機理，有必要對煤焦在H2O/CO2氣氛下氣化AAEMs的遷移規(guī)律進行研究，并通過其遷移規(guī)律揭示AAEMs對煤焦氣化反應(yīng)催化作用的影響。
　　本研究選取富含AAEMs的五彩灣煤為研究對象，通過逐級提取法考察了五彩灣煤焦中AAEMs的存在形式，為了探究五彩灣

3、煤焦在不同氣氛下氣化過程中 AAEMs的釋放行為，于800 ℃和900 ℃條件 H2O、CO2和H2O/CO2氣氛下制備了一系列不同碳轉(zhuǎn)化率的氣化殘焦，研究了CO2、H2O和 H2O/CO2氣氛下氣化過程中 AAEMs含量的變化趨勢，并通過掃描電鏡觀察了含AAEMs礦物質(zhì)的賦存形態(tài)。結(jié)合逐級脫礦物質(zhì)的煤焦的氣化反應(yīng)性，將AAEMs的遷移規(guī)律與其在氣化過程中的催化作用進行了關(guān)聯(lián)。主要結(jié)論如下：
　?。?）五彩灣煤焦中的大部分Na和K

4、是以水溶態(tài)形式存在，Ca主要以可交換離子態(tài)形式存在。氣氛的改變對Na和K在氣化過程中的釋放趨勢無明顯影響，CO2氣氛下 Ca的釋放量較 H2O氣氛下高。此外，溫度是影響AAEMs在煤焦氣化過程中釋放量的重要因素，AAEMs在900 ℃的釋放量要明顯較800 ℃時高。
　?。?）通過對比氣化殘焦以與原煤焦的反應(yīng)性發(fā)現(xiàn)，五彩灣煤焦在800 ℃等溫氣化過程中，其反應(yīng)性逐漸提高。不同氣氛下氣化殘焦反應(yīng)性的順序如下：H2O氣化殘焦>H2O/

5、CO2氣化殘焦>CO2氣化殘焦。
　?。?）通過比較逐級脫礦物質(zhì)焦樣的反應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)對于富含AAEMs的五彩灣煤，AAEMs的催化作用是影響其氣化反應(yīng)性的主要因素。隨著氣化反應(yīng)的進行，水溶態(tài)的Na、K的濃度有所提高，并在氣化反應(yīng)中表現(xiàn)出不斷增強的催化活性，使得氣化過程中五彩灣煤焦的芳香縮合程度雖然在提高，但反應(yīng)性仍然增加。
　?。?）不同氣氛下氣化殘焦反應(yīng)性的差別并不是由于孔結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)引起的，而是由于Ca的在不同氣氛下遷移