蒙古烟煤水蒸气气化过程中电石渣催化效应的失活研究

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作者毛国宇
来源内蒙古工业大学
出版年2021
摘要
本论文将固废电石渣掺杂到蒙古胡硕图烟煤中进行水蒸气气化实验,实现了对固废电石渣的环保无害化利用,催化蒙古胡硕图烟煤水蒸气气化反应的目的。通过XRD、拉曼光谱、FT-IR、XPS及水蒸气气化评价装置对相应的煤焦进行物化结构表征与气化性能分析,探究了在电石渣催化作用下蒙古烟煤的水蒸气气化反应失活因素,揭示了电石渣在水蒸气气化反应过程中的失活演变历程。结果表明:氢氟酸洗脱烟煤掺入电石渣样品,随着炼焦温度的升高,煤样气化性能显著提高,900℃的煤焦样品气化性能最好,反应峰值温度为764℃,生成气组分为H2和CO2,烟煤在700℃-900℃之间发生自热解缩聚反应,导致烟煤的含氧基团断键及生成,与CaO(电石渣中氢氧化钙分解成的CaO)结合形成CaO-OC结构,高度分散了CaO,在KS++-CS-900℃样品中CaO-OC比例最大,在气化反应中表现出最佳的催化性能。在对煤焦掺入电石渣后的升温热解过程中,煤中逸出的硫与CaO反应生成CaS,硫化物与含氧有机基团发生与CaO的竞争反应,CaS晶体在升温过程中结晶长大直接导致CaO-OC的比例减小,CaO分散度降低,造成催化气化性能的失活。蒙古烟煤中固有的硅铝在700℃-900℃之间与高度分散的CaO结合形成原硅酸钙和硅铝酸钙,CaO分散性降低,煤焦中固有的硅铝矿物质则对煤焦的水蒸气气化反应有抑制作用。对KS-900J-CS热解不同时间(3h、5h、7h、10h)的水蒸气气化反应分析得出,KS-900J-CS-900J-3h样品气化性能较差,KS-900J-CS-900J-5h样品的水蒸气催化气化反应性能最佳。恒温时间超过5h之后,硫化物的逸出与CaO结合成为CaS及硅铝酸钙的生成,使得抑制气化反应因素占主体,造成催化效用失活。

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