胜利褐煤催化气化反应过程中钙组分微结构演变特性解析

作     者：马佳佳 

作者单位：内蒙古工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘全生;张建国

授予年度：2021年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 081705[工学-工业催化] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：胜利褐煤 钙组分 催化气化 结构演变 催化机理 

摘      要：内蒙古地区褐煤储量丰富,褐煤存在水分挥发分高、热稳定性差及热值低等缺点,直接燃烧热效率低且对环境污染严重,但可以通过气化技术实现褐煤的高效洁净利用。碱/碱土金属对褐煤的气化过程具有良好的催化活性,其中以钾钠钙的催化效果尤为显著,由于廉价易得且环境友好,钙类物质成为褐煤催化气化的首选催化材料。本文以内蒙古胜利褐煤为对象,采用FTIR、XPS、XRD和Raman等对所制备煤样进行表征,根据气化反应气氛对钙催化褐煤气化的影响特性,考察钙催化胜利褐煤气化过程中钙盐及褐煤微结构演变历程,以进一步揭示褐煤催化气化中钙组分的催化作用机理,为内蒙古地区褐煤等低阶煤资源的清洁高效利用提供理论依据和技术支持。主要研究结果如下:***(OH)和Ca CO两种含钙物质在不同气氛下的热转化过程测试结果表明,体系内含有CO时,Ca(OH)在较低温度吸收CO生碳酸钙,随温度继续升高受热分解为氧化钙与CO,体系内所含CO浓度升高,所形成组分的热分解温度逐渐增高,说明CO浓度越高,对碳酸钙分解为氧化钙这一过程抑制作用越显著。2.脱灰胜利褐煤(SL,由盐酸+氢氟酸脱除矿物质)在水蒸气、混合气体(50%CO+50%HO)和CO气氛下的气化反应测试结果表明,随反应气氛中CO浓度增大使其气化反应温区逐渐升高,纯CO的气化反应温区最高。因此CO存在时会造成气化反应性能下降,起始气化反应温度和反应温度升高,即对钙组分分解转化为氧化钙这一过程抑制越大,对钙催化褐煤气化不利影响越大。3.添钙褐煤样品在水蒸气、混合气体(50%CO+50%HO)和CO气氛下700℃恒温气化所制备焦样的表征结果表明,水蒸气气化条件下添钙褐煤样品热转化过程钙组分除了形成方解石结构外,还形成了另外一种晶相球霰石,而含二氧化碳气氛下则只形成了方解石晶相,表明二氧化碳的存在不利于球霰石晶相的形成与稳定。添钙褐煤样品水蒸气气化过程中会形成Ca CO、COOCa和CaO三种结构,随着气化率提高,气化焦中COOCa结构相对含量不断减小直至最后消失,CaO含量总体呈增加趋势。