活性矿物质在胜利褐煤轻度热解提质过程中的催化/抑制作用及其机理研究

鉴于褐煤内在活性矿物质如碱金属、碱土金属及过渡金属元素在褐煤加工利用过程中所产生的催化或抑制效应，本项目以矿物质含量高的胜利褐煤为对象，采用逐级化学提取分离、离子交换等技术，结合褐煤热解过程评价及分析表征，首先进行胜利褐煤内在活性矿物质分离解析方法、赋存状态、有机态赋存活性矿物质离子交换性能的研究，之后重点研究胜利褐煤热解性能与活性矿物质种类、赋存状态、含量、脱除程度等因素之间的定量关系，以确定胜利褐煤热解速度、热解产物(半焦、煤焦油和热解煤气)收率及有机氧脱除(脱羧、脱羰)等热解性能与内在活性矿物质之间的内在本质关系,揭示内在活性矿物质在胜利褐煤热解提质过程的催化/抑制效应及其作用机理, 为胜利褐煤热解提质工艺和控制参数的优化设计提供技术支持，提出利用活性矿物质"催化/抑制效应"的有效措施，以尽最大限度发挥胜利褐煤中矿物质的积极作用，将胜利褐煤矿物质含量高这一不利因素的负面影响降到最低。

项目以胜利褐煤及蒙古三种褐煤、一种烟煤为研究对象，采用酸洗法对其进行矿物质脱除处理，就固有矿物质及外加矿物质成对褐煤提质及其热化学反应性能的作用进行了详细研究。.胜利褐煤在热解提质过程中，当温度小于500℃时，温度对所制半焦孔结构等织构参数基本没有影响，而当温度提高到500℃以上时，随温度升高，孔径、比表面积和孔体积逐渐增加。.矿物质的脱除虽然不影响胜利褐煤热解气CO2、CO、CH4和H2依次生成顺序及其生成活化能顺序：ECO2<ECO<ECH4<EH2，但显著降低了CO2和CO生成温度，CO2和CO达到最大生成速率所对应的温度分别降低了107和168℃。脱除矿物质能够使CO2、CO和CH4的生成活化能分别降低33.7、13.1和16.9%，而H2的生成活化能则增加32.8%，说明胜利褐煤中矿物质在其热解过程中能抑制CO2、CO和CH4的生成，而促进H2的生成。.随热解提质温度提高，胜利褐煤半焦对CO2和O2的吸附能力先升高后降低，500℃提质所制半焦对O2具有最大吸附量(3.462ml/g)，700℃提质所制半焦对CO2具有最大吸附量(1.838ml/g)。.水蒸气气化反应性能与煤种密切相关。褐煤的气化反应起始温度接近，均在600℃左右，而蒙古烟煤的气化反应起始温度达到724℃，明显高于4种褐煤。同时褐煤的碳转化率、合成气在线(瞬时)和累积H2/CO摩尔比也分别远远高于蒙古烟煤。.褐煤气化反应温区为600-750℃，经盐酸洗后，气化温区则都提高到750℃以上，说明褐煤矿物质的存在提高了其在750℃以下时的气化反应性，褐煤的气化反应速率均比盐酸洗煤高5倍以上，说明盐酸可将对水蒸汽气化具有催化作用的矿物质成分脱除，且矿物质主要通过提高WGS反应速度起催化作用。.褐煤矿物质中的Ca能够在中低温区(600-750℃)提高气化合成气生成速率，Na和K能够在高温区(750-850℃)提高气化反应速率。.褐煤中矿物质对其水蒸汽气化反应具有显著的催化效果，可使其水蒸汽气化反应显著温度降低，气化反应速率大幅增加，且减少CO生成，增加H2生成，从而可使所制合成气具有更高的H2/CO，其根源为褐煤中固有矿物质在的原位催化作用。.项目发表研究论文12篇，其中SCI收1篇，EI收录4篇，获发明专利1项。