煤和鐵礦石兩段式氣化制備高品位燃氣和鐵礦石的基礎研究.pdf

1、脫除轉(zhuǎn)化煤氣化過程中產(chǎn)生的焦油對煤氣化技術的發(fā)展和應用具有重要的意義。傳統(tǒng)催化裂解焦油過程中，催化劑通常具有價格昂貴、易失活、難以回收等缺點，本文提出了一種煤和鐵礦石兩段式氣化制備高品位燃氣和鐵礦石的新工藝。該工藝不但能夠脫除轉(zhuǎn)化煤氣化過程中的焦油獲得高品位燃氣，反應后被還原積碳的鐵礦石還可以用作煉鐵的高品位原料。本文主要針對該工藝的煤氣化階段和氣化氣重整階段分別展開相關的機理與實驗研究。
　　首先采用熱重分析儀研究不同反應條件下

2、的煤熱解和水蒸氣氣化反應特性，結果表明：蒙東煤的主要熱解區(qū)在300~600℃，氣化的最低反應溫度為900℃，煤的氣化反應活化能大約為99.55KJ/mol。隨著水蒸氣分壓的增加，煤的氣化反應活性增加，增加幅度在水蒸氣濃度達到40％后變小。煤氣化活性指數(shù)與固定碳的相關性系數(shù)達到0.69，與揮發(fā)分的相關系數(shù)只有0.43。反應指數(shù)隨揮發(fā)分含量增加而增加，隨固定碳含量的增加大體呈減小趨勢，隨減小因子增加而增加。
　　采用二維攝動關聯(lián)（2D

3、-PCIS）方法研究煤熱解過程中紅外官能團的演變規(guī)律，揭示了煤熱解過程機理，結果表明：小龍?zhí)睹汉兔蓶|煤中的多聚羥基Ⅰ，潞安煤中的分子間氫鍵以及三種煤中的對稱與不對稱的-CH2-官能團對熱解溫度非常敏感，在熱解過程中極易發(fā)生反應。蒙東煤脫灰后不再含有自由羥基，脫灰以及添加催化劑不改變蒙東煤熱解過程中羥基的反應順序；添加K2CO3對芳香區(qū)CH官能團有一定的改變；脫灰對芳香區(qū)影響很大，改變了芳香區(qū)和脂肪區(qū)官能團的反應順序。
　　采用Ra

4、man方法研究煤氣化過程中碳骨架結構的演變規(guī)律，揭示了煤氣化催化氣化的過程機理，結果表明：K基催化劑對石油焦氣化具有很強的催化效果，能夠顯著降低石油焦的氣化反應溫度，提高碳轉(zhuǎn)化率。原煤氣化過程中的氣化反應的活性中心C(O)為小芳香環(huán)結構（3~5個環(huán)）和交聯(lián)結構，煤階越高形成的活性中心C(O)越少，溫度越高形成的活性中心C(O)越多。添加催化劑（K-base和CaCl2）后，氣化反應的活性中心包括：小芳香環(huán)結構（3~5個環(huán)）和較小的芳香環(huán)

5、結構（大于3~5個環(huán)）形成的M-O-C以及部分交聯(lián)結構形成的M-O-C。添加FeCl3催化劑后，其氣化反應的活性中心包括：小芳香環(huán)結構（3~5個環(huán)）形成的C(O)和較小的芳香環(huán)結構（大于3~5個環(huán)要少于K-base和CaCl2）形成的M-O-C。
　　研究鐵礦石催化裂解焦油過程中的演變規(guī)律，解釋了鐵礦石品位的提升機制，結果表明：焦油首先發(fā)生成碳反應，然后積碳再與鐵礦石反應，鐵礦石在400℃時就能發(fā)生還原反應，并且能夠完全被還原成F

6、e3O4，溫度升高增強鐵礦石與焦油的反應性，積碳和其他Fe相（Fe、Fe2C和Fe3C）含量增加。
　　建立了兩段式反應裝置，研究了煤和鐵礦石兩段式氣化產(chǎn)物特性，結果表明：水蒸氣濃度對H2產(chǎn)率影響最大，H2產(chǎn)率隨著水蒸氣濃度的增加而增加；鐵礦石/煤比對CO產(chǎn)率影響最大，CO產(chǎn)率隨鐵礦石/煤比的增加而減少。鐵礦石中的Fe3O4隨水蒸氣濃度的升高而增加，而Fe和FeO以及碳的含量不斷減少。隨著溫度的升高，F(xiàn)e3O4的含量先升高后下降的