稻秆焦炭热解和CO_2气化过程中碱金属和碱土金属的迁移

研究了稻秆焦炭中碱金属与碱土金属(AAEMs)在N_2热解和CO_2气化气氛下的迁移过程。通过对不同热处理时间的固相样品分析,得到了两种气氛下AAEMs的迁移规律,并讨论了CO_2气化气氛对AAEMs迁移的影响机理。在两种气氛下,K的释放比例都随热处理时间延长先快速增加,然后缓慢增加,而Ca和Mg的释放比例都很低。气化前期K的释放比例高于热解,气化后期K的释放比例与热解几乎相同。热解时,焦炭中酸溶K和Ca的比例先降低然后维持稳定,而酸溶Mg的比例几乎不变。气化时,酸溶K的比例先缓慢降低,然后迅速降低;酸溶Ca和Mg的比例则先增加后迅速降低。气化前期,酸溶AAEMs的比例要高于热解相同时间的焦炭样品;气化后期,酸溶AAEMs的比例则明显低于热解焦炭样品。CO_2通过与焦炭有机结构反应,促进了char-K的释放,提高了K的释放比例,也促进了难溶的有机结合的AAEMs分解为酸溶AAEMs;在焦炭气化后期,焦炭中的Si会与AAEMs反应生成难溶硅酸盐。     

稻秆焦炭热解和CO2气化过程中碱金属和碱土金属的迁移

研究了稻秆焦炭中碱金属与碱土金属（AAEMs）在N₂热解和CO₂气化气氛下的迁移过程。通过对不同热处理时间的固相样品分析,得到了两种气氛下AAEMs的迁移规律,并讨论了CO₂气化气氛对AAEMs迁移的影响机理。在两种气氛下,K的释放比例都随热处理时间延长先快速增加,然后缓慢增加,而Ca和Mg的释放比例都很低。气化前期K的释放比例高于热解,气化后期K的释放比例与热解几乎相同。热解时,焦炭中酸溶K和Ca的比例先降低然后维持稳定,而酸溶Mg的比例几乎不变。气化时,酸溶K的比例先缓慢降低,然后迅速降低;酸溶Ca和Mg的比例则先增加后迅速降低。气化前期,酸溶AAEMs的比例要高于热解相同时间的焦炭样品;气化后期,酸溶AAEMs的比例则明显低于热解焦炭样品。CO₂通过与焦炭有机结构反应,促进了char-K的释放,提高了K的释放比例,也促进了难溶的有机结合的AAEMs分解为酸溶AAEMs;在焦炭气化后期,焦炭中的Si会与AAEMs反应生成难溶硅酸盐。     

碱金属碱土金属对神府煤焦气化活性的影响

利用热重法和X射线衍射法,研究了神府煤热解焦CO_2气化过程中,碱金属碱土金属(AAEM)催化剂对气化活性和微晶结构的影响。比较了负载方式(先热解后负载和先负载后热解)、催化剂种类(Na、K、Ca)以及催化剂添加量(金属原子质量分数1%、3%、5%)的影响。结果表明,对碱金属催化剂,先热解后负载焦样的反应活性比先负载后热解的更好,而碱土金属负载方式对活性的影响则相反;Na和K的催化能力相接近,且两者都比Ca强;煤焦气化活性随AAEM负载量的增加而增强。负载AAEM催化剂均能抑制煤焦石墨化进程,其中,K的抑制作用最强,Ca的抑制作用最弱;抑制作用随添加量增加而增强。     

煤快速热解过程碱及碱土金属释放特性及焦理化结构演变研究

本研究基于高频炉反应器开展准东煤的快速热解实验,探究碱及碱土金属(AAEMs)的释放特性及其与煤焦理化性质演变的关联.热解停留时间、气氛是影响AAEMs迁移特性及煤焦理化性质演变的重要过程参数.研究表明,AAEMs的释放率随热解停留时间的延长而增大,Na、Mg和Ca的最大释放率分别为61.05％、64.47％、44.0...     

采用焦分离方法研究共热解时煤与生物质的相互作用及对焦结构和CO2气化反应性的影响

煤与生物质的相互作用已被广泛研究。但是，其相互作用机制通常是基于混合焦样的物理化学结构和反应性而提出。在这项工作中，基于不同形状和粒度将无烟煤与生物质共热解后的混合焦分离，然后通过分析分离后煤焦的结构和反应性来揭示煤与生物质相互作用机制。在热解温度为600和900℃条件下，在固定床反应器中制备了混合有不同比例的秸秆（CS）的无烟煤焦样。采用了电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和X射线衍射（XRD）对煤焦的AAEM浓度和微晶结构进行了检测。利用TGA设备分析了分离后的煤焦与CO₂的气化反应性。结果表明，随着掺混比例从0增加到80%，煤焦中活性K和Mg的浓度逐渐增加，并形成更为无序的碳结构。共热解过程中，更多的AAEM种类被混合物中的煤焦通过挥发分-焦相互作用捕获，而不是随生物质挥发分逸出。同时，热解温度的升高引起了K和Na挥发和失活，也导致石墨化度的降低。而且，CS的添加和更低的热解温度均可提高煤焦的气化反应性。此外，在煤焦的碱性指数AI与反应性指数R_0.5之间建立了较好的线性关系（R²=0.9009），表明在煤与生物质共气化过程中，AAEMs对提高煤焦气化反应活性起主导作用。     

CO2/H2O气氛下红沙泉煤中碱（土）金属的分布及其气化反应特性

使用高温气化固定床实验系统开展了CO₂/H₂O气化条件下,红沙泉煤中碱（土）金属（AAEMs）的分布情况及其对煤焦气化反应活性的影响。结果表明,气化温度低于灰熔点温度时,Na元素在煤焦表面离散分布,不存在明显的团簇富集现象;气化温度高于灰熔点温度时,Na元素在煤焦表面表现出轻微的富集现象。气化过程中K元素离散分布在煤焦表面,Ca和Mg元素在煤焦表面的富集现象比较明显,含Ca、Mg类矿物迁移团簇在煤焦表面凹陷处,形成尺寸较大的灰球,Ca、Mg元素在分布上存在一定的依赖性。气化残余焦的表观活化能和指前因子随着碳转化率的增加而增加,煤焦的反应活性变低。     

阳离子交换色谱中色谱柱温度对碱金属与碱土金属离子保留的影响

研究了非抑制型阳离子交换色谱中色谱柱温度(25~50℃)对碱金属离子(Li+、Na+、K+、Rb+)和碱土金属离子(Mg2+、Ca2+、Sr2+)以及NH4+保留的影响。在Shim-pack IC-C1磺酸型阳离子交换柱上,以硝酸为流动相分离碱金属离子,以乙二胺或乙二胺-草酸(柠檬酸)为流动相分离碱土金属离子,随着色谱柱温度的升高,碱金属和碱土金属离子的保留时间均增长,其范特霍夫曲线具有良好的线性关系,斜率为负值,表明在此条件下碱金属和碱土金属离子的保留为吸热过程。在Shim-pack IC-SC1羧酸型阳离子交换柱上,以硫酸为流动相同时分离碱金属和碱土金属离子,随着色谱柱温度的升高,Mg2+、Ca2+的保留时间增长,而K+、Rb+的保留时间缩短,Li+、Na+、NH4+的保留时间基本不变。在此条件下,Mg2+、Ca2+、K+和Rb+的范特霍夫曲线具有良好的线性关系,其中Mg2+和Ca2+的曲线斜率为负值,K+和Rb+的曲线斜率为正值,表明Mg2+和Ca2+的保留表现为吸热过程,K+和Rb+的保留表现为放热过程。研究表明在不同固定相和流动相条件下,色谱柱温度对碱金属和碱土金属离子保留行为的影响不同。     

采用焦分离方法研究共热解时煤与生物质的相互作用及对焦结构和CO_2气化反应性的影响（英文）

煤与生物质的相互作用已被广泛研究。但是,其相互作用机制通常是基于混合焦样的物理化学结构和反应性而提出。在这项工作中,基于不同形状和粒度将无烟煤与生物质共热解后的混合焦分离,然后通过分析分离后煤焦的结构和反应性来揭示煤与生物质相互作用机制。在热解温度为600和900℃条件下,在固定床反应器中制备了混合有不同比例的秸秆(CS)的无烟煤焦样。采用了电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)和X射线衍射(XRD)对煤焦的AAEM浓度和微晶结构进行了检测。利用TGA设备分析了分离后的煤焦与CO_2的气化反应性。结果表明,随着掺混比例从0增加到80%,煤焦中活性K和Mg的浓度逐渐增加,并形成更为无序的碳结构。共热解过程中,更多的AAEM种类被混合物中的煤焦通过挥发分-焦相互作用捕获,而不是随生物质挥发分逸出。同时,热解温度的升高引起了K和Na挥发和失活,也导致石墨化度的降低。而且,CS的添加和更低的热解温度均可提高煤焦的气化反应性。此外,在煤焦的碱性指数AI与反应性指数R_(0.5)之间建立了较好的线性关系(R~2=0.9009),表明在煤与生物质共气化过程中,AAEM s对提高煤焦气化反应活性起主导作用。     

生物质热解和气化过程Cl及碱金属逸出行为的化学热力学平衡分析

减少生物质在热转化反应器中Cl与碱金属K和Na以气态组元逸出可有效遏制积灰、腐蚀等现象和减少污染气体排放。采用化学热力学平衡分析方法，在400K~1600K研究了秸秆、树皮、木屑、废木和橄榄渣五种生物质在过剩空气系数分别为0、0.4、0.8的热解和气化过程中Cl与碱金属K和Na的赋存形态变化及逸出特性。结果表明，Cl在热解和气化过程中主要是以KCl(s)、HCl(g)、KCl(g)、(KCl)2(g)和NaCl(g)化合物赋存并相互转化；在800K~1000K时，含Cl固态组元逐渐转化为气态组元；K和Na在900K时开始以气态组元逸出，且热解过程有少量KCN(g)和NaCN(g)逸出，而气化过程，温度大于1000K随过剩空气系数的增加，KCl(g)、K(g)和Na(g)等气态组元量逐渐减少，逐渐转化为NaCl(g)、KOH(g)和NaOH(g)；减少Cl和碱金属K和Na逸出的理论最佳热解和气化温度分别为800K和900K。     

碱金属及相关无机元素在生物质热解中的转化析出

生物质热化学转化利用中遇到的颗粒聚团、受热面沉积等问题与生物质中的碱金属物质密切相关。本文首先对各种碱金属及相关无机元素在生物质中的存在形式和在热解中可能的行为进行了简要介绍 ,然后着重对稻杆热解中钾元素的析出过程进行了研究。通过计算得到了钾元素随热解过程析出的定量描述 ,计算出的半焦含钾量与试验实测值符合较好 ,说明采用的碱金属析出模型大体上反映了热解中相关元素转化、反应的主要过程。本文工作对于进一步研究碱金属及相关物质在燃烧、气化过程中的行为、探寻适合的解决途径有非常积极的意义。     

再燃温度对稻壳焦理化结构演变的影响

利用高温携带流装置,在再燃条件下获得了不同的稻壳焦。采用元素分析、SEM-EDS分析、N2吸附-脱附、ICP-AES、XRD和FT-IR等手段对稻壳焦的理化结构进行了分析与表征,研究了再燃温度对稻壳再燃过程中灰焦理化结构演化规律的影响。结果表明,在850-1 150℃,反应温度的升高有利于稻壳焦孔隙结构的形成,进而有效提高稻壳焦的比表面积和孔容积。稻壳中碱(土)金属元素的释放顺序为NaCaMgK,且随温度升高,碱(土)金属元素的释放率呈现先略微升高后逐渐趋于稳定的趋势,氯的释放率逐渐增大。稻壳焦中的碱(土)金属主要以硅酸盐和硫酸盐的形式存在。稻壳焦表面含氧官能团随反应温度的升高逐渐减少。     

Effect of alkali and alkaline earth metals on co-pyrolysis characteristics of municipal solid waste and biomass briquettes

Journal of Thermal Analysis and Calorimetry - To investigate the influence of alkali and alkaline earth metals (AAEMs: K, Na, Ca, and Mg) on the co-pyrolysis of municipal solid waste (MSW) and...     

酸洗脱矿对胜利褐煤热解过程中N迁移转化的影响

在石英管流化床反应器中对胜利褐煤进行快速热解实验,考察了773~1 173 K下酸洗脱矿对胜利褐煤热解过程中N迁移转化规律的影响。通过比较原煤和酸洗后煤中N的不同逸出规律可以得出,影响酸洗前后胜利褐煤热解过程中N迁移转化规律的主要是碱金属Na及碱土金属Ca;热解过程中,煤中的Na和Ca促使煤中的N向NH3转化并有效抑制了HCN的生成,金属离子的存在对催化焦油N转化为NH3的作用较为明显;原煤中的碱金属和碱土金属的赋存使半焦裂解反应加剧,降低了固体半焦的产率,半焦N的产率也随之减少;与原煤相比,酸洗煤热解半焦中的吡啶型N(N-6)含量较多,而吡咯型N(N-5)和季N(N-Q)相对较少。     

Transformation of alkali and alkaline-earth metals during coal oxy-fuel combustion in the presence of SO_2 and H_2O

The occurrence modes of alkali and alkaline-earth metals(AAEMs) in coal relate to their release behavior and ash formation during combustion. To better understand the transformation of AAEMs,the release behavior of water-soluble,HCl-soluble,HCl-insoluble AAEMs during Shenmu coal(SM coal) oxy-fuel combustion in the presence of SO2 and H2O in a drop-tube reactor was investigated through serial dissolution using H2O and HCl solutions. The results show that the release rates of AAEMs increase with an increase in temperature under the three atmospheres studied. The high release rates of Mg and Ca from SM coal are dependent on the high content of soluble Mg and Ca in SM coal. SO2 inhibits the release rates of AAEMs,while H2O promotes them. The effects of SO2 and H2O on the Na and K species are more evident than those on Mg and Ca species. All three types of AAEMs in coal can volatilize in the gas phase during coal combustion. The W-type AAEMs release excessively,whereas the release rates of I-type AAEMs are relatively lower. Different types of AAEM may interconvert through different pathways under certain conditions. Both SO2 and H2O promote the transformation reactions. The effect of SO2 was related to sulfate formation and the promotion by H2O occurs because of a decrease in the melting point of the solid as well as the reaction of H2O.     

催化剂添加量对褐煤焦水蒸气气化反应性的影响

在固定床反应器中研究了碱金属K和碱土金属Ca对褐煤焦水蒸气气化的催化效果,考察了煤焦的气化反应性随催化剂添加量的关系,并采用扫描电子显微镜结合X射线能谱分析仪(SEM EDX)和XRD技术分析了煤焦和焦样气化残渣的晶相组成和表面形态。实验结果表明,K的催化活性比Ca的高,煤焦的气化反应性随K和Ca添加量的增大而提高,K和Ca的负荷饱和度均为10％。添加K和Ca催化剂的原煤制焦后,K和Ca分布在煤焦的表面。原煤焦气化残渣中主要含钙铝黄长石。添加K的煤焦及其气化残渣中主要含钙铝黄长石和Ca3Si2O7,XRD没有检测到含K的晶体。当Ca的添加量从5％升高到10％时,煤焦表面有大量的CaO存在,但由于CaO发生团聚使其分散度降低。Ca添加量为10％的煤焦气化残渣中除了钙橄榄石和钙铝黄长石,还有未与矿物质反应的CaO和Ca(OH)2。     

新疆高碱煤分选组分中碱性矿物赋存及差异演化研究

以新疆五彩湾高碱煤为原料,通过有机重液浮选和理化分析及热力学模拟解析活性矿物质热演化特性。结果表明,五彩湾煤以密度在1.40-1.50 g/cm~3的组分为主(质量分数超过70%)。可溶性Na和K等主要存在于较低密度组分(-1.40 g/cm~3)中;在高密度(+1.50 g/cm~3)组分中发现了以硅铝酸盐形式存在的碱及碱土金属(AAEMs)。Ca主要以方解石形式存在,伴随高岭土和石英富集在高密度组分中。在低温(500℃)灰化时少量Na释放,大量可溶钠盐的残留导致各分选组分中Na的扩散量相差不大。在815℃热处理温度下,低密度组分中大部分Na挥发到气相中;高密度组分中的部分碱金属可被黏土(高岭土)和石英等矿物质捕获,抑制其释放。Fact Sage热力学模拟发现,温度低于550℃时Na盐仍稳定存在于灰中;温度高于550℃时Na盐开始挥发,同时部分Na向NaAlSiO_4转化;在约620℃时,Na盐消失,同时NaAlSiO_4的含量逐渐趋于稳定。SiO_2含量的差异显著影响含Na等矿物质的演变行为。在500-815℃,Ca以CaSO_4和硅铝酸钙的形式稳定存在,而M g则在不同形式的硅酸盐之间发生转变。