煤矸石催化气化耦合气化灰提铝过程中K2CO3和Na2CO3作用的对比研究

以煤矸石为研究对象,对比研究了Na2CO3与K2CO3对煤矸石催化气化反应性及催化气化灰中Al的溶出行为的影响。同时,采用X射线衍射分析(XRD)和热重分析(TGA)研究了不同催化剂及温度作用下矸石中矿物质的热转变过程。结果表明,与K2CO3相比,煤矸石中的高岭石更容易与Na2CO3反应生成钠霞石,而酸浸可实现钠霞石中铝和硅元素的有效分离。此外,Na2CO3作为催化剂时,所得气化灰经盐酸浸取后铝的浸出率可达到94. 2%。而K2CO3作催化剂时,其铝的浸出率只有83. 7%。因此,对矸石催化气化耦合气化灰的铝提取来说,Na2CO3催化剂具有更好的选择性。     

煤矸石催化气化耦合气化灰提铝过程中K2CO3和Na2CO3作用的对比研究

以煤矸石为研究对象，对比研究了Na₂CO₃与K₂CO₃对煤矸石催化气化反应性及催化气化灰中Al的溶出行为的影响。同时，采用X射线衍射分析（XRD）和热重分析（TGA）研究了不同催化剂及温度作用下矸石中矿物质的热转变过程。结果表明，与K₂CO₃相比，煤矸石中的高岭石更容易与Na₂CO₃反应生成钠霞石，而酸浸可实现钠霞石中铝和硅元素的有效分离。此外，Na₂CO₃作为催化剂时，所得气化灰经盐酸浸取后铝的浸出率可达到94.2%。而K₂CO₃作催化剂时，其铝的浸出率只有83.7%。因此，对矸石催化气化耦合气化灰的铝提取来说，Na₂CO₃催化剂具有更好的选择性。     

用热天平法研究煤的催化气化Ⅰ.几种碳酸盐在碳与水蒸汽气化中的催化作用

在热天平实验装置上,于600℃—750℃下考察了碳与水蒸汽在K_2CO_3、Na_2CO_3、CaCO_3三种催化剂存在下的气化反应,并对气化速率、转化率、气体组成与反应温度及气化时间的关系进行了研究。实验结果表明,采用催化气化方法,不但可以大大提高气化速率,降低反应温度,而且可以降低煤气中的CO含量。在本实验条件下,上述三种催化剂的活性顺序与文献报导不同,为:Na_2CO_3≥K_2CO_3>CaC_3。而CaCO_3在反应中表现出与钾、钠碳酸盐不同的催化特性。最后,根据实验结果对催化气化之反应机理进行了探讨。认为其反应历程为:     

碱金属碳酸盐在煤气化中的催化作用——(Ⅱ) 在C-H_2O反应中Na_2CO_3的催化活性

本文研究了气化温度、Na_2CO_3载量和煤(焦)粒度对水蒸汽与几种焦反应的影响。实验室结果表明,当气化温度为750—950℃时,加入Na_2CO_3能使水蒸汽的分解率α从53%提高到100%。水蒸汽分解率的提高几乎同碳一汽反应转变成CO和H_2的化学计量一致。在考察Na_2CO_3对不同试样的活性影响后认为,冶金焦反应性最差。     

Na_2CO_3-NaOH焙烧高品位混合型稀土精矿的研究

以包头混合型稀土精矿为原料,运用差热分析、X射线衍射分析技术及化学分析等手段,研究了Na_2CO_3-NaOH体系下焙烧温度、焙烧时间、Na_2CO_3加入量、NaOH加入量对稀土浸出率的影响。结果表明:在焙烧温度为500℃,焙烧时间为90 min,Na_2CO_3加入量为20%(质量分数),NaOH加入量为16%(质量分数)的条件下,稀土浸出率达到了99%以上。     

内在矿物对高灰褐煤CO_2气化的影响研究

利用分选结合逐级酸洗的方法制备出不同灰含量和矿物组成的褐煤煤样,使用沉降管反应器(DTR)和热重分析仪(TGA)研究内在矿物在1 000-1 200℃对褐煤CO_2气化的影响。结果表明,内在矿物对褐煤CO_2气化具有促进作用,且促进机制具有温度敏感性。低温时(1 000℃),内在矿物可通过增加初生半焦微晶结构的无序度,间接提高气化碳转化率。高温时(1 100-1 200℃),内在矿物通过催化煤焦气化,直接促进气化碳转化率的上升。碱性指数不适用于表征本研究的褐煤内在矿物的催化作用。Ca是内在矿物中影响整体催化能力的主要成分,而且羧酸盐形式的Ca是其中的活性组分。不同的催化机制是导致煤焦中钙的催化活性因其化学形式而异的根本原因。羧酸盐形式的Ca可降低煤焦气化反应的活化能,而CaO则提高反应的表观频率因子。     

绿泥石矿制备Na-X分子筛

绿泥石化学成分以SiO_2、Al_2O_3为主,是合成分子筛的主要原料。由于绿泥石中存在Fe和Mg元素,为减少杂质对分子筛合成的影响,将绿泥石与Na_2CO_3进行煅烧活化,采用水和碱性溶液浸出绿泥石中的硅和铝离子,并通过ICP检测分析硅和铝的提取率,进一步确定制备Na-X型分子筛的工艺参数。结果表明,采用Na_2CO_3预处理后绿泥石的硅和铝溶出率分别达到71%和67%。经SEM、XRD和FT-IR分析表明,Na-X型分子筛纯度较高,晶型完整,无其他杂质,热稳定性高,颗粒大小均匀,尺寸在1~2μm左右;Na-X分子筛的吸附行为符合Ⅰ型等温线,具有均匀的孔径,孔径主要区间为0.4~0.8 nm,为微孔吸附剂。此外,制备的Na-X分子筛满足中国化工行业标准(HG/T 2690-95)要求(吸水率大于23%)。     

混合碱处理制备微介孔催化剂及其噻吩烷基化催化性能

以SiO_2/Al2O3物质的量比为50的H-ZSM-5分子筛为母体,分别采用Na_2CO_3溶液处理后加入TPAOH溶液进行二次晶化法以及Na_2CO_3/TPAOH混合溶液同时处理法,制备了微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂,对其噻吩烷基化反应催化性能进行了研究。结果表明,采用4 mol/L的Na_2CO_3溶液处理后的催化剂在TPAOH溶液中发生了二次晶化;当TPAOH溶液浓度为0.3 mol/L、晶化温度为170℃、晶化时间为24 h时,得到的HZ(CO_2-3-TPA+,0.3-24-170)催化剂具有适宜的孔径和酸性,其噻吩烷基化转化率最高(99.1%)。而Na_2CO_3/TPAOH同时处理HZSM-5分子筛所得的催化剂,由于生成大量SiO_2堵塞了孔道,覆盖了催化剂表面,降低了催化剂的平均孔径和酸性,不适合噻吩烷基化反应。     

添加煤灰及混合氧化物对石油焦CO_2高温气化反应的影响

以化学组成相近的燃烧煤灰、气化煤灰和混合氧化物为添加剂,分别通过干混法和湿混法加入石油焦中,并借助热重分析仪在1200-1400℃下进行CO_2气化实验,研究高温下煤灰掺混方式、含量及物相组成对石油焦CO_2气化的影响,并使用混合氧化物替代实际煤灰研究其对石油焦的高温气化催化作用。结果表明,石油焦气化反应速率随煤灰添加量的增加而提升;气化温度为1200、1300℃时,使用干混法和气化煤灰对石油焦的气化促进作用较弱;但气化温度为1400℃时,改变煤灰和石油焦的掺混方式及其中活性金属存在方式,对石油焦气化反应几乎没有影响。这是高温下煤灰熔融,导致液态熔体与石油焦表面接触良好、活性金属自由度高以及传质阻力增加共同作用的结果。此时混合氧化物的催化指数与混合物中铁钙含量具有线性关系,即添加高铁钙含量的煤灰可以促进石油焦CO_2气化反应。     

氟碳铈矿精矿焙烧稀土浸出新工艺研究

以四川冕宁氟碳铈矿精矿为研究对象,提出了一种减少氟碳铈矿中Ce(Ⅲ)的氧化来提高稀土浸出率的新工艺。通过控制焙烧温度和焙烧助剂NaHCO_3用量,利用焙烧助剂分解产物Na_2CO_3熔融包覆矿物以减少Ce(Ⅲ)的氧化,经水洗、酸浸过程,促使氟碳铈矿中铈进入酸浸液而减少留在酸浸渣,从而实现铈的浸出回收,提高总的稀土浸出率。得到的优化工艺条件为:NaHCO_3与氟碳铈矿质量比为40%,于900℃焙烧2 h,水洗温度50℃,水洗液固比10∶1,盐酸浓度为2 mol·L~(-1),酸浸液固比为15∶1,温度75℃酸浸2 h。在此条件下,总稀土浸出率达93.23%,铈的浸出率为87.43%。     

Mg2+和Na+对高熔点煤灰熔融性的影响

以山西阳泉固庄高熔点煤灰为研究对象,通过向煤灰中添加不同量的MgO与Na₂CO₃,研究了Mg²⁺与Na⁺在高温下对煤灰熔融性的影响。研究结果表明,煤灰熔融温度随氧化镁的添加(5%~25%)单调下降;而随氧化钠添加(5%~25%)出现先降后升现象,在氧化钠添加量为15% 时,灰熔点达到最低。XRD分析表明,阳泉固庄煤灰熔融温度高(大于1 750℃)的原因是高温条件下耐熔矿物莫来石、方英石的存在。添加外加剂后,高温时外加剂与硅酸盐矿物反应,生成了更多的低共熔矿物霞石、堇青石等。同时,Mg²⁺和Na⁺的加入会使得非桥氧数量增多,高温煤灰低聚物增多,降低了煤灰的熔融温度。通过三元相图以及SEM分析,高温条件下煤灰中部分元素的富集以及团聚现象是导致Mg²⁺和Na⁺对煤灰熔融温度影响不同的原因。     

负载碳酸钠煤焦催化气化反应特性研究

基于热重分析仪开展负载碳酸钠神府烟煤/遵义无烟煤煤焦气化实验,并借助扫描电子显微镜和孔结构及比表面积分析仪表征焦样孔结构及表观结构变化,考察了反应温度(650-800℃)、气化剂(水蒸气、二氧化碳)及碳酸钠负载量(钠离子负载量2.2%、4.4%、6.6%,质量分数)对神府烟煤/遵义无烟煤焦样气化反应活性的影响。结果表明,碳酸钠有利于促进神府/遵义煤热解过程孔隙结构的发展。在二氧化碳气氛下,适宜催化剂负载量使神府烟煤反应活性提高,过多负载催化剂堵塞煤焦内部孔隙结构,使得气化反应活性降低,遵义无烟煤反应活性随负载量增加而提高,两者反应活性均随温度升高而提高。在水蒸气气氛下,神府烟煤/遵义无烟煤在一定条件下反应活性随催化剂负载量增大、温度升高而提高。碳酸钠的添加能够在保证气化反应性的前提下降低气化反应温度和活化能。     

K_2CO_3催化剂在煤焦热解中的形态转变及其对煤焦催化气化的影响

在固定床中考察了不同温度下神府煤焦催化热解中K2CO3的转变形态,以及在TG-DSC分析仪上研究了K2CO3添加方式和粒径对其气化速率的影响。结果表明,随着气化温度的升高,催化剂的添加方式对煤焦气化反应速率的影响减弱;对热解残渣的SEM/EDX谱图显示,随着温度升高,K催化剂在煤焦中能展现更好的分散性;在热解过程中,煤焦中的碳通过与K2CO3反应释放出CO2和CO,生成的气体量与温度相关;在较低温度650℃下,不同粒径对气化效果影响差别较大,粒径越小气化反应性越好。K2CO3的流动性随着温度升高而增强,催化活性也越强;低于700℃时,要考虑添加方式对气化反应性的影响。     

碳酸钾催化的铁基氧载体煤催化化学链燃烧

研究了K₂CO₃催化剂及惰性担体对铁基氧载体煤化学链燃烧的影响.实验结果表明,K₂CO₃的添加可明显促进铁基氧载体与煤之间的反应速率,其原因可归结为从氧载体上迁移到煤颗粒上的K₂CO₃对煤-CO₂气化步骤的催化作用(该步骤为整个还原过程的速率控制步骤);由于K₂CO₃本身的促熔效果及加入K₂CO₃后导致的剧烈氧化还原反应,可以发现,K₂CO₃会增大铁基氧载体的烧结;不同惰性担体对铁基氧载体与煤的反应性影响不大,这是由于惰性担体对还原速控步没有影响;K₂CO₃在多循环化学链燃烧过程中依然可以保持一定的催化活性,另外由于催化剂的流失与失活,使得氧载体的反应活性有所下降.     

热重法研究K2CO3与Fe2O3对煤粉燃烧反应性的影响

利用综合热重分析仪分别研究了K₂CO₃、Fe₂O₃对褐煤、烟煤、无烟煤、石墨等不同燃料的催化燃烧反应性的影响。结果表明,催化剂种类、添加量、粒径和燃料的变质程度对催化燃烧具有一定的影响;向无烟煤中加入K₂CO₃、Fe₂O₃两种催化剂,无烟煤的燃点由458℃分别降为319℃、405℃,燃烧速率由11.94%/min分别提高到26.40%/min、17.66%/min。K₂CO₃、Fe₂O₃对褐煤和烟煤的燃点没有明显的降低作用,但是对无烟煤和石墨燃点有明显的降低作用,且随着煤变质程度的增加,燃点降低幅度增大。由于引起燃点和燃速变化的原因不同,所以加入催化剂后造成燃点和燃速的变化也不同。     

参比DTA法研究煤粉催化燃烧特性

利用综合热重分析仪研究了煤粉催化燃烧特性的新方法,即参比DTA法。利用参比DTA法测出加入K₂CO₃、Fe₂O₃、CaCO₃ 和CeO₂ 后无烟煤的燃点分别为319℃、410℃、400℃和405℃,同时在参比DTA曲线上直接看出催化剂降低了煤粉的燃点。利用参比DTA法直接计算出煤粉燃烧释放热量的变化。研究发现,K₂CO₃、Fe₂O₃、CaCO₃和CeO₂使无烟煤燃烧过程中释放的热量分别增加了340.2J/g、352.8J/g、348.6J/g和264.6J/g。以上结果与常规DTA实验结果一致,参比DTA法更加直接地说明了煤粉催化燃烧特性。     

多级孔ZSM-5分子筛的制备及催化噻吩烷基化性能研究

用不同浓度的Na₂CO₃溶液处理ZSM-5分子筛,采用XRD、XRF、SEM、N₂吸附脱附及NH₃-TPD方法对处理前后的ZSM-5分子筛进行表征,并考察了Na₂CO₃溶液处理对ZSM-5分子筛孔结构、酸性以及噻吩烷基化性能的影响。结果表明,Na₂CO₃溶液处理在保持ZSM-5分子筛微孔骨架结构的同时,增加了ZSM-5分子筛的比表面积、外表面积和介孔体积,并调变了酸性。Na₂CO₃溶液处理提高了ZSM-5分子筛催化剂的噻吩烷基化活性和噻吩选择性。一定反应条件下,随着Na₂CO₃溶液浓度增加,多级孔ZSM-5分子筛的噻吩烷基化性能逐渐提高,而噻吩选择性先增加后下降。当Na₂CO₃溶液浓度为2 mol/L时,分子筛的噻吩转化率和噻吩选择性分别为81.26 %和73.15%。当Na₂CO₃溶液浓度为3 mol/L时,噻吩转化率和选择性分别为90.57 %和72.59%。     

不同反应气氛下准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性

为了获得循环流化床工艺下不同反应气氛对准东高钠煤中钠的迁移转化与积灰特性的影响,在0.4t/d循环流化床实验装置上开展了相同床温(950℃)下的新疆沙尔湖高钠煤的气化(还原性气氛)与燃烧(氧化性气氛)实验研究。结果表明,气化和燃烧气氛下飞灰与积灰中Na主要以NaCl的形式存在;气化比燃烧更容易将Na、Cl固留在底渣和飞灰中,相应的进入气相中的Na、Cl更少;燃烧气氛下,部分NaCl会被烟气中的SO_2硫化,生成稳定性更高的Na_2SO_4并冷凝在飞灰和积灰棒表面,燃烧过程中产生的飞灰粒径更细,积灰更严重;沙尔湖煤燃烧与气化过程中存在HCl对金属壁面的腐蚀。