煤和鐵礦石兩段式氣化制備高品位燃?xì)夂丸F礦石的基礎(chǔ)研究.pdf

1、脫除轉(zhuǎn)化煤氣化過程中產(chǎn)生的焦油對(duì)煤氣化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的意義。傳統(tǒng)催化裂解焦油過程中，催化劑通常具有價(jià)格昂貴、易失活、難以回收等缺點(diǎn)，本文提出了一種煤和鐵礦石兩段式氣化制備高品位燃?xì)夂丸F礦石的新工藝。該工藝不但能夠脫除轉(zhuǎn)化煤氣化過程中的焦油獲得高品位燃?xì)猓磻?yīng)后被還原積碳的鐵礦石還可以用作煉鐵的高品位原料。本文主要針對(duì)該工藝的煤氣化階段和氣化氣重整階段分別展開相關(guān)的機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究。
　　首先采用熱重分析儀研究不同反應(yīng)條件下

2、的煤熱解和水蒸氣氣化反應(yīng)特性，結(jié)果表明：蒙東煤的主要熱解區(qū)在300~600℃，氣化的最低反應(yīng)溫度為900℃，煤的氣化反應(yīng)活化能大約為99.55KJ/mol。隨著水蒸氣分壓的增加，煤的氣化反應(yīng)活性增加，增加幅度在水蒸氣濃度達(dá)到40％后變小。煤氣化活性指數(shù)與固定碳的相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.69，與揮發(fā)分的相關(guān)系數(shù)只有0.43。反應(yīng)指數(shù)隨揮發(fā)分含量增加而增加，隨固定碳含量的增加大體呈減小趨勢(shì)，隨減小因子增加而增加。
　　采用二維攝動(dòng)關(guān)聯(lián)（2D

3、-PCIS）方法研究煤熱解過程中紅外官能團(tuán)的演變規(guī)律，揭示了煤熱解過程機(jī)理，結(jié)果表明：小龍?zhí)睹汉兔蓶|煤中的多聚羥基Ⅰ，潞安煤中的分子間氫鍵以及三種煤中的對(duì)稱與不對(duì)稱的-CH2-官能團(tuán)對(duì)熱解溫度非常敏感，在熱解過程中極易發(fā)生反應(yīng)。蒙東煤脫灰后不再含有自由羥基，脫灰以及添加催化劑不改變蒙東煤熱解過程中羥基的反應(yīng)順序；添加K2CO3對(duì)芳香區(qū)CH官能團(tuán)有一定的改變；脫灰對(duì)芳香區(qū)影響很大，改變了芳香區(qū)和脂肪區(qū)官能團(tuán)的反應(yīng)順序。
　　采用Ra

4、man方法研究煤氣化過程中碳骨架結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，揭示了煤氣化催化氣化的過程機(jī)理，結(jié)果表明：K基催化劑對(duì)石油焦氣化具有很強(qiáng)的催化效果，能夠顯著降低石油焦的氣化反應(yīng)溫度，提高碳轉(zhuǎn)化率。原煤氣化過程中的氣化反應(yīng)的活性中心C(O)為小芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（3~5個(gè)環(huán)）和交聯(lián)結(jié)構(gòu)，煤階越高形成的活性中心C(O)越少，溫度越高形成的活性中心C(O)越多。添加催化劑（K-base和CaCl2）后，氣化反應(yīng)的活性中心包括：小芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（3~5個(gè)環(huán)）和較小的芳香環(huán)

5、結(jié)構(gòu)（大于3~5個(gè)環(huán)）形成的M-O-C以及部分交聯(lián)結(jié)構(gòu)形成的M-O-C。添加FeCl3催化劑后，其氣化反應(yīng)的活性中心包括：小芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（3~5個(gè)環(huán)）形成的C(O)和較小的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（大于3~5個(gè)環(huán)要少于K-base和CaCl2）形成的M-O-C。
　　研究鐵礦石催化裂解焦油過程中的演變規(guī)律，解釋了鐵礦石品位的提升機(jī)制，結(jié)果表明：焦油首先發(fā)生成碳反應(yīng)，然后積碳再與鐵礦石反應(yīng)，鐵礦石在400℃時(shí)就能發(fā)生還原反應(yīng)，并且能夠完全被還原成F

6、e3O4，溫度升高增強(qiáng)鐵礦石與焦油的反應(yīng)性，積碳和其他Fe相（Fe、Fe2C和Fe3C）含量增加。
　　建立了兩段式反應(yīng)裝置，研究了煤和鐵礦石兩段式氣化產(chǎn)物特性，結(jié)果表明：水蒸氣濃度對(duì)H2產(chǎn)率影響最大，H2產(chǎn)率隨著水蒸氣濃度的增加而增加；鐵礦石/煤比對(duì)CO產(chǎn)率影響最大，CO產(chǎn)率隨鐵礦石/煤比的增加而減少。鐵礦石中的Fe3O4隨水蒸氣濃度的升高而增加，而Fe和FeO以及碳的含量不斷減少。隨著溫度的升高，F(xiàn)e3O4的含量先升高后下降的