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，推進能源結構的優(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由于其技術路線成熟、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用最為廣泛、最具競爭力的技術。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，而協(xié)同效應的產生與煤中AAEMs類礦物質密切相關。為了探究協(xié)同效應機理，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礦物質的賦存形態(tài)。結合逐級脫礦物質的煤焦的氣化反應性，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聯(lián)。主要結論如下：
　　（1）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性發(fā)現(xiàn)，五彩灣煤焦在800 ℃等溫氣化過程中，其反應性逐漸提高。不同氣氛下氣化殘焦反應性的順序如下：H2O氣化殘焦>H2O/

5、CO2氣化殘焦>CO2氣化殘焦。
　　（3）通過比較逐級脫礦物質焦樣的反應性，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性的主要因素。隨著氣化反應的進行，水溶態(tài)的Na、K的濃度有所提高，并在氣化反應中表現(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，但反應性仍然增加。
　　（4）不同氣氛下氣化殘焦反應性的差別并不是由于孔結構和化學結構引起的，而是由于Ca的在不同氣氛下遷移