【寧夏大學(xué)新聞中心訊 省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室】近日，我校省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室含碳基質(zhì)高溫氣化團(tuán)隊(duì)成員白永輝副教授在國(guó)際能源領(lǐng)域知名學(xué)術(shù)期刊Energy Conversion and Management（中科院SCI期刊分區(qū)工程技術(shù)1區(qū)Top，影響因子6.377）在線(xiàn)發(fā)表了關(guān)于Ca/Na雙金屬催化劑作用下的煤熱解及焦氣化反應(yīng)特性研究領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展。

該研究工作是AAEM催化煤焦與H₂O/CO₂共氣化反應(yīng)方面的重要進(jìn)展，不僅通過(guò)發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象建立了對(duì)AAEM催化氣化特性的新認(rèn)知，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，也豐富了煤焦結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性的理論基礎(chǔ)。

氣化過(guò)程中排放的CO2既是溫室效應(yīng)的“貢獻(xiàn)者”，又是碳資源的物質(zhì)載體，開(kāi)發(fā)利用氣化過(guò)程產(chǎn)生的CO₂具有重要意義。氣流床氣化爐以CO₂替代N₂作為粉煤輸送介質(zhì)、CO₂返爐替代部分水蒸氣實(shí)現(xiàn)固定床加壓氣化含酚廢水減排等技術(shù)便是體現(xiàn)。以上過(guò)程均涉及煤焦與H₂O/CO₂共氣化反應(yīng)特性問(wèn)題。由于CO₂和H₂O分子解離能力及擴(kuò)散速率不同，焦-H₂O反應(yīng)速率是焦-CO₂反應(yīng)速率的2-5倍，論文作者前期的研究工作表明堿金屬及堿土金屬（AAEM）催化作用下CO₂與H₂O交互作用可促使煤焦-H₂O/CO₂共氣化過(guò)程中表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)，CaO是鈣催化共氣化反應(yīng)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的主要化學(xué)形態(tài)，H₂O的存在不僅可有效抑制CaO的燒結(jié)，提高其在煤焦表面的分散性而且能夠促進(jìn)CO₂向CaO表面的吸附，使CO₂更快地解離并迅速與煤焦發(fā)生氣化反應(yīng)。然而，高溫條件下CaO的嚴(yán)重?zé)Y(jié)使得其吸附CO₂的能力較弱，導(dǎo)致共氣化反應(yīng)過(guò)程中的協(xié)同效應(yīng)程度隨溫度的升高逐漸減弱，Na的存在可有效拓展協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生的溫區(qū)。但對(duì)于Ca/Na雙金屬催化劑促進(jìn)協(xié)同效應(yīng)產(chǎn)生的原因尚不清楚，為揭示該問(wèn)題，特開(kāi)展本研究工作。結(jié)果表明，Ca/Na存在可改變熱解過(guò)程中氣體的釋放量及分布規(guī)律，同時(shí)對(duì)熱解半焦的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。  

負(fù)載不同金屬煤在熱解過(guò)程中氣體釋放規(guī)律(a) H₂, (b) CO, (c) CO2 and (d) CH4

Na負(fù)載煤焦氣化過(guò)程中主要產(chǎn)生微孔，而Ca負(fù)載煤焦氣化過(guò)程中主要產(chǎn)生介孔，Ca/Na同時(shí)存在可在最大程度上促進(jìn)煤焦中介孔的發(fā)育、阻礙碳結(jié)構(gòu)的有序化進(jìn)程、產(chǎn)生活性中間體，繼而促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。負(fù)載不同金屬煤焦在氧化還原循環(huán)過(guò)程中氣體釋放曲線(xiàn)進(jìn)一步揭示了不同金屬催化氣化過(guò)程中活性中間體產(chǎn)生的不同。

負(fù)載不同金屬煤焦在氧化還原循環(huán)過(guò)程中氣體釋放曲線(xiàn)(a) Ca-YND, (b) Na-YND, (c) Ca/Na-YND)

該研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金(No.21506142)以及省部共建煤炭高效利用與綠色化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890419301098