作者/來源：楊 利1，2，王冬梅3，尹豐魁3，余江龍1，3 (1.沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110136；2.沈陽工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；3.遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051) 日期： 2011-06-09 點(diǎn)擊率：1791
摘 要：綜述了鐵元素對褐煤熱解及氣化的影響方面的研究進(jìn)展，在褐煤中植入鐵元素對褐煤熱解和氣化的半焦產(chǎn)物、氣體產(chǎn)物的影響，分析了鐵在褐煤熱解和氣化過程中的遷移和轉(zhuǎn)化，并與褐煤中植入的其他金屬元素產(chǎn)生的影響進(jìn)行了簡單對比。
關(guān)鍵詞：鐵元素；褐煤；熱解；氣化；半焦；揮發(fā)分
文章編號：1005-9598(2011)-01-0023-04 中圖分類號：TQ534 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
引 言
褐煤中含有較多的堿金屬、堿土金屬和一定量的過渡金屬，這些金屬元素對褐煤熱解及氣化特性有重要的影響。過渡金屬元素中的鐵元素具有催化活性好、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)。了解鐵元素對褐煤熱解和氣化的影響，對褐煤清潔利用技術(shù)的開發(fā)尤為重要。向褐煤中植入鐵元素對褐煤熱解和氣化特性的影響在文獻(xiàn)中已有系統(tǒng)報(bào)道[1－2]，對這些方面的研究也有利于我國褐煤資源的高效清潔利用。
1 鐵元素的植入方法
褐煤原煤中含有較高的無機(jī)礦物成分，這些成分對原煤的熱解和其半焦水蒸氣氣化反應(yīng)具有催化作用。目前研究最多的是其中的堿金屬K和Na、堿土金屬Ca和Mg以及過渡金屬Fe等組分。在褐煤中，堿金屬和堿土金屬陽離子大部分以羧基化合物可交換陽離子的形式存在，另一部分以氯化物的形式溶于孔體系的水分中[3]。褐煤中的鐵元素也以可交換陽離子的形式存在，并在水蒸氣氣化時(shí)有明顯的催化作用。一般說來，煤基質(zhì)中的金屬元素的催化活性取決于它們的濃度、分散狀態(tài)及化學(xué)形式。這些金屬元素影響褐煤的熱解特性及褐煤半焦在氣化過程中對CO2和H2O的反應(yīng)性。
通過把金屬元素添加到經(jīng)過酸洗脫灰預(yù)處理的煤樣中，可以考察不同金屬對褐煤熱解及氣化的影響。對于酸洗的煤樣，采用離子交換法[2]或者浸漬法[3－5]進(jìn)行金屬元素的植入，植入的金屬大都以離子的形式存在。離子交換法是將酸洗的煤樣放入金屬鹽的水溶液中攪拌，使用氨水或者鹽酸調(diào)整溶液的pH值，直到溶液的pH值保持不變，表明離子交換反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡。將煤樣從溶液中分離，用去離子水反復(fù)沖洗，然后放在真空干燥箱內(nèi)干燥。利用這種方法，金屬離子的植入程度主要取決于鹽酸濾液中離子的數(shù)量。浸漬法是將酸洗的煤樣浸漬到金屬鹽的水溶液中，混合物放到真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中進(jìn)行干燥，使其中的水分蒸發(fā)。兩種植入方法對氣體產(chǎn)物的濃度分布和半焦產(chǎn)量有一定的影響，通常離子交換法的效果要好于浸漬法[2，5]。
金屬元素的前驅(qū)體大都是可溶性金屬鹽類。其中堿金屬氯化物如NaCl和KCl等在海水和巖鹽中易于得到，鈣的化合物通常來自于價(jià)格低廉的Ca(OH)2和CaCO3。而硝酸鹽、氯化物和硫酸鹽則是鐵元素植入使用的主要前驅(qū)體。H.Yamashita等[6]利用Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3·6H2O、(NH4)3Fe(C2O4)3·3H2O、FeSO4·7H2O作為鐵元素植入的前驅(qū)體....
