准格尔煤燃烧后灰渣中氧化铝含量高,采用循环流化床燃烧准格尔煤水煤浆可进一步提高灰渣中氧化铝的提取效率和氧化铝活性,具有极高的技术潜力.采用三因素六水平正交实验法研究了粗粒级和超细粒级煤粉质量比、细粒级煤粉质量分数及分散剂亚甲基双萘磺酸钠(NNO)添加量对准格尔煤水煤浆定浓黏度(浆体浓度60％)的影响,对比分析了不同制浆方案下浆体的最大成浆浓度(浆体表观黏度为1 200 mPa·s)、流动性、稳定性和流变特性.结果表明,影响准格尔煤水煤浆定浓黏度的因素由主到次依次为粗粒级和超细粒级煤粉质量比、分散剂NNO添加量、细粒级煤粉质量分数;正交实验得到的最佳工艺条件为,粗粒级和超细粒级煤粉质量比4∶1、细粒级煤粉质量分数40％、NNO添加量0.35％,此时浆体的定浓黏度为479 mPa·s,最大成浆浓度为63.5％,流动性为12.3 cm,稳定性为15 d;三峰级配方式下,准格尔煤水煤浆可获得更好的浆体性能,其最大成浆浓度相较于双峰级配方式提升超过了 2％,是更适用于制备准格尔煤水煤浆的级配方式.
高温煤焦油的高温馏分中含有丰富的多环芳烃化合物,通过催化加氢可将多环芳烃转化成燃料油加以高值、多元利用.首次利用泡沫镍为载体制备了硫掺杂的钼基催化剂,应用于煤焦油高温馏分中多环芳烃芘的催化加氢反应,揭示了硫化钼催化剂的构效关系.通过 SEM 和XRD表征,考察了负载在泡沫镍上的活性金属钼的结构、分布与分散性,实验结果表明,金属钼的活性物种呈现超薄的纳米片状结构,具有良好的分散性,在载体上均匀分布,有效提高了催化加氢反应的性能;通过XPS和TEM表征,表明了硫掺杂催化剂的活性物种为 MoS2,并产生了高价态的氧化钼,共同作用于芘的催化加氢反应;硫的掺杂提供了硫空位,产生了更多活性位点,从而提高了催化剂活性;通过催化加氢反应,系统地考察了反应温度、氢气压力、反应时间、催化剂质量、硫脲添加量对催化加氢反应性的影响,实验结果表明,在反应温度为 300℃,氢气压力为 6 MPa,反应时间为 2 h,催化剂质量为 0.5 g,硫脲添加量为 2 mmol时,MoS2-2/NF催化剂的芘转化率是未掺杂硫的MoOx/NF催化剂的芘转化率的 2.43 倍,并且通过再生反应,转化率可以提升至再生前的 6.14 倍.
生物质中碱金属的催化作用是引起共气化协同作用的根本原因.然而,共气化过程中碱金属易与煤中矿物质反应生成硅铝酸盐等没有催化活性的物质,导致不能发挥出有效的催化作用.因此为了部分抑制共气化过程中生物质碱金属的失活,强化协同作用,通过固定床热解、共热解焦水蒸气气化实验,考察了小麦秸秆和晋城无烟煤共气化过程的反应性和协同作用,并通过添加钙基添加剂的方式,强化了协同作用,提高了共气化反应速率.研究发现共热解焦在气化过程中虽然表现出协同作用,但仍然存在K的失活.考察了钙基添加剂的种类、添加量、添加顺序等对共气化反应的影响,结果表明:钙基添加剂使共热解焦比表面积增大,碳结构无序化程度增强,活性位点增多,并通过与煤中SiO2 等矿物质的结合,部分阻止了 K 的失活,使共热解焦中水溶性 K 含量升高,反应速率提高.Ca(Ac)2 表现出最优的共气化反应促进作用,其最优添加量为 7.5%.气化反应动力学的研究表明,Ca(Ac)2 的添加降低了共热解焦的气化反应活化能.修正随机孔模型(S-MRPM)适合描述小麦秸秆焦、晋城煤焦和共热解焦的气化反应特性,随机孔模型(RPM)适合对添加Ca(Ac)2 的共热解焦进行动力学分析.
热解是煤泥资源化利用的重要途径,硫的控制是煤泥热解利用的重要环节.为探究电石渣对煤泥热解中硫释放特性的影响,采用非等温热重分析法,利用Setaram Setsys同步热分析仪在N2 气氛下研究了煤泥原样及电石渣添加量(电石渣在电石渣煤泥混合物中的质量分数)分别为 10%,20%,30%,40%,50%的电石渣煤泥混合物在 0℃～1 000℃的热解特性,并利用 Coats-Redfern积分法对热解过程进行了动力学分析,获得了反应级数、活化能和指前因子等动力学参数.同时采用等温热分析法,利用管式炉固定床反应器,对煤泥原样及电石渣添加量分别为 10%,30%,50%电石渣煤泥混合物在 550℃,650℃,750℃和 850℃下恒温热解的硫释放规律进行研究,并利用Labinao硫释放反应动力学模型分析,获得了样品热解过程硫的释放动力学特征.结果表明:随着电石渣添加量的增加,电石渣煤泥混合物最大质量变化速率明显提高,从 0.57%/min显著升高至 2.49%/min,电石渣促进煤泥热解挥发分的释放;随着温度升高,硫的释放逐渐升高,样品中无机硫逐渐从FeS2 分解为 Fe1-xS,添加的电石渣与 Fe1-xS 反应生成 CaS,电石渣的加入使得硫向固相产物转化,但当温度在 850℃且电石渣添加量为 50%时,硫不利于向固相转化;电石渣添加量为 10%的电石渣煤泥混合物反应所需活化能最低,且提高了硫释放所需活化能,硫向固相转化,实验结果与动力学推断一致.
基于密度泛函理论(DFT),在M06-2 X/6-311 G(d)基组水平下,研究了钙和羟基在焦炭还原N2O 过程中的作用.采用了Zigzag焦炭模型及钙和羟基修饰后的焦炭模型对N2O 还原反应过程进行模拟.结果表明:整个反应过程分为三个阶段,N2O 的吸附、N2 的析出以及 C(O)配合物的解吸,三种模型的决速步均位于C(O)配合物解吸阶段;动力学结果表明,随着反应温度升高,反应速率常数增大,温度升高对N2O-C反应有促进作用;根据传统过渡态理论(TST)计算得到,原始Zigzag 焦炭模型及钙和羟基修饰后的焦炭模型异相还原 N2O 的反应活化能分别为 450.1 kJ/mol,420.4 kJ/mol和 406.3 kJ/mol,表明钙和羟基对焦炭还原 N2O 均有促进作用;钙和羟基促进焦炭还原N2O 反应的机理不同,钙吸附到焦炭表面,向焦炭转移电子使焦炭带有更多的负电荷,增加了焦炭边缘活性位点的反应活性,决速步的能垒降低,整个反应的放热增加,羟基修饰后整个反应的放热减少,并且N2O—C反应路径发生改变,解吸产物由 CO 转变为 CO2,降低了焦炭表面含氧配合物的解吸能垒,促进了焦炭对N2O 的还原.
