礦物質對煤焦-CO2 氣化反應活化能的影響研究

王振瑜，李崇聰，張 巖

（大連理工大學能源與動力學院，遼寧 大連 116024）

引言

煤氣化技術是潔凈、高效利用生物質能的重要方式之一，在煤氣化過程中，煤焦與CO2的氣化反應是煤在氣化爐內整體轉化過程的核心環節和速控步驟。因此，煤焦的氣化反應動力學研究是深入了解煤氣化反應過程及機理的基礎，煤焦氣化反應活化能等動力學參數是工程上進行過程數值模擬、生產運行中選擇最佳工藝參數不可缺少的基礎數據[1-2]。添加催化劑有助于提高煤焦的氣化反應速率，使氣化反應在低溫下以較高的反應速率進行，而堿金屬及堿土金屬（AAEMs）類礦物質被公認為煤/生物質催化氣化反應的優良催化劑[3-5]，其中堿金屬鉀和堿土金屬鈣因其價廉易得及其高催化活性而被廣泛關注。

基于鉀、鈣基催化劑的煤、生物質催化氣化反應中，催化劑活性是其催化效率的決定性因素。因此，一些研究者對氣化反應過程中鉀、鈣基催化劑的反應活性進行了廣泛研究[6-8]。Bai 等[9]以富鈣煤焦為原料，在CO2氣氛下對鈣元素的釋放特性進行了相關研究。結果表明，鈣在煤焦-CO2氣化反應過程中會發生團聚和燒結，從而造成催化劑活性降低甚至失活。Geng等[10]對富鈣褐煤焦在CO2氣氛下的氣化反應活性進行了研究，發現煤焦中的CaO 會與CO2反應生成CaCO3從而導致反應速率下降，且CaO 的碳酸化遵循CO2對CaCO3的平衡規律。衛俊濤等[11]在研究負載碳酸鉀對煤焦與CO2氣化反應活性的影響時發現，負載的碳酸鉀在一定溫度下會發生熔融，且由于熔融態的碳酸鉀催化劑流動性好，會造成煤焦部分孔隙結構堵塞，從而導致反應速率下降。……