胜利褐煤水蒸气气化制富氢合成气及其固有矿物质的催化作用

利用微型固定床反应装置,研究了内蒙古胜利褐煤水蒸气气化过程中H2、CO2、CO和CH4生成规律及其固有矿物质的催化效应。原煤(SL-raw)、盐酸洗脱(SL-HCl)、氢氟酸洗脱(SL-HF)及盐酸洗脱液回添煤样(SL-HCl-Re)在水蒸气气化反应过程中,H2、CO2和CO生成速率存在明显差异,充分说明胜利褐煤中某些固有的矿物质对其水蒸气气化反应具有显著的催化作用,可大幅度提高其气化反应速率,并使其起始气化温度降低96℃,气化反应主体温度降低150℃以上,同时促进了合成气中H2生成,抑制了CO的生成,使胜利褐煤水蒸气气化反应过程中一直维持着较高的H2/CO摩尔比,SL-raw、SL-HCl-Re水蒸气气化所得合成气中H2/CO摩尔比分别为17.3和4.3,而SL-HCl和SL-HF水蒸气气化所得合成气中H2/CO摩尔比均只有1.22。SL-HCl和SL-HF水蒸气气化生成H2、CO2和CO的规律基本相同,说明起催化作用的物质是可溶解在盐酸洗脱液中的矿物质。经过分析,发现矿物质对胜利褐煤水蒸气气化反应的催化作用主要是通过提高水煤气变换反应(WGSR)速度实现的。最后结合文献报道提出了胜利褐煤水蒸气气化反应过程中矿物质的原位催化机理。

固有矿物质对胜利褐煤热解气态产物生成及其动力学特性影响的实验研究

利用固定床反应装置,研究了内蒙古胜利褐煤(SL-raw)及其脱除矿物质煤(SL-HF)热解过程中CO2、CO、CH4和H2生成规律,同时通过动力学回归拟合,得到CO2、CO、CH4和H2生成活化能。矿物质的脱除并不影响热解气CO2、CO、CH4和H2依次生成顺序,对CH4热解生成特性几乎没有影响。SL-HF热解过程中CO2和CO生成温度与SL-raw相比分别降低了107 K和168 K,其最大生成速率分别提高和降低了17.1%和18.9%,而H2也降低了30.4%。矿物质的存在,有利于胜利褐煤在热解过程中生成CO+H2含量更高的合成气,同时H2/CO提高37%以上。动力学拟合结果表明,SL-raw和SL-HF热解过程中CO2、CO、CH4和H2生成活化能顺序均为:EH2>ECH4>ECO>ECO2,脱除矿物质的SL-HF热解生成CO2、CO和CH4活化能分别降低33.7%、13.1%和16.9%,H2生成活化能增加32.8%,表明胜利褐煤中矿物质在热解过程中抑制了CO2、CO和CH4的生成,却有利于H2的生成。

蒙古国巴嘎诺尔(Baganuur)褐煤水蒸气气化制富氢合成气及其固有矿物质的催化作用

利用固定床气化-色谱联用装置,考察了蒙古国巴嘎诺尔(Baganuur)褐煤的水蒸气气化反应性能,研究对比了巴嘎诺尔褐煤原煤BN-R、盐酸洗煤BN-HCl、氨水洗煤BN-NH4OH、先酸洗后碱处理煤BN-HCl-NaOH及原煤和盐酸洗煤热解预处理煤样BN-R-Char与BN-HCl-Char在水蒸气气化过程中气态产物H2、CO和CO2的生成规律。研究结果表明,上述煤样的水蒸气气化过程中H2、CO和CO2的生成速率存在明显差异,与盐酸洗煤样相比,BN-R、BN-HCl-NaOH及BN-R-Char比对应矿物质脱除煤样的水蒸气气化速率高,充分说明巴嘎诺尔褐煤中某些固有矿物质对其水蒸气气化反应具有显著的催化作用,显著提高了其气化反应速率,使起始气化温度和气化反应主体温度均降低100℃以上,在提高H2和CO2生成量同时,还降低了CO生成量,制得了高H2/CO(物质的量比)的合成气。用盐酸脱除矿物质所得BN-HCl同BN-HCl-Char的水蒸气气化性能相似。与BN-R相比,BN-HCl与BN-HCl-Char水蒸气气化反应性明显下降,说明对巴嘎诺尔褐煤水蒸气气化起催化作用的矿物质成分在盐酸洗脱的矿物质中。经过分析,发现矿物质对巴嘎诺尔褐煤水蒸气气化反应的催化作用,主要是通过提高水煤气变换反应速率实现的。最后,结合文献报道,提出了巴嘎诺尔褐煤水蒸气气化反应过程中矿物质的原位催化机理。