【摘 要】
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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
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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d002值与SL-700J的d002值相比有不同程度的增加,Ca、Na的芳香度fa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-700J>SL+-Na-700J>SL+-Ca/Fe-700J>SL+-Ni-700J>SL+-Fe-700J>SL+-Cu-700J。
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