新疆富铁低阶煤在水蒸气气化过程中的矿物转化特性

作     者：吕俊鑫 王永刚 鲍亚寒 林雄超 许德平 LÜJunxin;WANG Yonggang;BAO Yahan;LIN Xiongchao;XU Deping

作者机构：中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第3期

页      面：1365-1375页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金重点资助项目(42030807) 

主　　题：富铁煤 低阶煤 气化 无机矿物 碳结构 

摘      要：富铁煤在我国分布广泛,研究富铁煤在高温高压下的矿物转化特性对于其高效利用十分必要。采用加压固定床反应器,研究了新疆准东富铁低阶煤(ZC)在水蒸气气化过程中的矿物转化特性。利用XRD、SEM-EDS和拉曼光谱等手段对原煤、热解半焦和气化过程的残渣进行了矿物组成、形貌特征和有机碳微观结构分析。研究发现,典型新疆富铁低阶煤中的铁主要以菱铁矿和铁闪锌矿的形式存在。在灰化过程中,500℃温度使原煤中的含铁矿物转化为赤铁矿,标准灰化温度815℃部分形成铁尖晶石和铁橄榄石等含铁的低温共熔玻璃体。在氮气气氛下热解,半焦中铁的存在形式主要是单质铁。典型新疆富铁低阶煤在水蒸气气化过程中,首先在炭基体表面形成含钙、钠的硅铝酸盐低熔点矿物相。随着气化压力的增加,这种低熔点矿物相含量增加,说明压力能够促进含钙、钠低熔点硅铝酸盐的生成。压力升高到3 MPa,钙铁斜长石晶相含量增加,升高的压力能够促进富铁矿物参与到硅铝酸盐玻璃相的形成过程中,这将使灰的熔融温度进一步降低。气化时间对矿物转化的影响较为复杂,随着气化时间的增加,气化残渣中含铁矿物相的种类和含量都有所增加,在气化时间3 h条件下,主要生成含铁的硅铝酸盐低温共熔物和含铁硅酸盐,如钙铁辉石和钙铁榴石,这主要是因为随着气化时间的增加,阻碍灰分颗粒相互接触的炭基体消失,使得矿物相得到充分的接触。未反应的含铁矿物在气化剂的存在下被氧化生成赤铁矿。含铁矿物的存在,同时也促进了低温共熔物在炭基体表面的聚集,在一定程度上抑制了碳结构由有序向无定型的转化。