【摘 要】
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本论文以碱金属、碱土金属及过渡金属盐(K、Ca、Fe)三类最为传统的催化剂为研究对象,考察二元复合催化剂对不同脱灰煤焦水蒸气及CO2气化反应的影响,主要内容包括:含典型单一
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本论文以碱金属、碱土金属及过渡金属盐(K、Ca、Fe)三类最为传统的催化剂为研究对象,考察二元复合催化剂对不同脱灰煤焦水蒸气及CO2气化反应的影响,主要内容包括:含典型单一或二元复合金属化合物催化剂煤焦在水蒸气/CO2气化过程中反应特性、催化剂的变化过程及催化机制。利用竖直管式炉固定床反应器,考察了单一催化剂对脱灰神府烟煤焦水蒸气气化产物选择性、气化反应活性的影响,发现硫酸铁较硫酸钾更有利于H2及CO的生成,但含硫酸钾煤焦具有更大的水蒸气气化反应碳转化速率。在实验条件下,硫酸铁及硫酸钾的最佳添加量分别为5wt%、10wt%。硫酸铁在气化过程中形成氧化还原循环,而硫酸钾的熔点较低,在较低的气化反应温度下保持着较好的流动状态,而硫酸钙在气化过程中形成较为稳定的氧化钙,因而降低了气化反应活性。将三种常见催化剂(硫酸铁、硫酸钾、硫酸钙)进行两两复合,于竖直管式炉固定床反应器上开展水蒸气气化实验,便于对其生成产物进行分析,研究发现含钾的复合催化剂的催化效果较好,其中K-Ca复合催化剂更有利于CO的生成,Fe-K复合催化剂对H2、CO、CH4、CO2的生成均有促进作用。仅有硫酸铁-硫酸钾复合催化剂能提高碳转化速率(协同效应),气化过程中钾盐的存在降低了铁盐的熔点,并在气化阶段产生α-Fe,因此催化活性增强。借助热重分析仪考察了含不同阴、阳离子二元复合金属化合物催化剂的不同煤种脱灰煤焦-CO2气化反应的效果,发现含钾盐的二元复合催化剂(K-Fe、K-Ca)在CO2气化反应中具有协同效应,K:Ca=4:1、K:Fe=4:1时具有最佳催化效果。煤阶越高,催化剂的作用越显著。钾催化剂能降低钙催化剂及铁催化剂的熔点,Fe-K复合在升温阶段出现α-Fe及其他非晶形式的连接,促进CO2气化反应的进行。
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