探索神府半焦催化活化及多联产研究

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1、西安科技大学硕士学位论文神府半焦催化活化及多联产研究姓名：李晶申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：周安宁@论文题目：神府半焦催化活化及多联产研究专业：化学工艺硕士生：李晶(签名)指导教师：周安宁(签名)摘要由于能源问题面临资源与环境的双重压力，全世界都在寻求解决问题的有效途径，多联产技术作为一种资源、能源、环境一体化技术备受关注。我国是一个缺油、少气、而煤炭资源相对丰富的国家，半焦作为煤热解的产物，它的合理利用显得日益重要。本文探讨了金属氧化物对神府煤半焦水蒸汽活化反应的催化作用,分析了工艺条件对活性炭性能和氢气产率的影响规律。利用共沉淀法、机械力化学研磨法和以微珠及活性氧

2、化铝为载体负载活性组分法制备铁、镍、钙、锰、钴基催化剂，并在固定床管式反应器上研究了活化温度、活化时间、水蒸汽流量、催化剂组成、添加量及其添加方式等因素对神府煤半焦水蒸汽催化活化反应性及活性炭性能和氢气产率的影响。通过碘吸附和亚甲基蓝吸附表征了活性炭的吸附性能，并用SEM、XRD和氮气吸附研究了活性炭的形貌及孔结构。不同催化剂对半焦水蒸汽活化过程的催化作用不同，其活性的大小顺序为：氧化钙＞氧化铁＞氧化镍＞氧化钴≈氧化锰。CaO使活性炭的碘吸附值增大，而亚甲基蓝吸附值减小；Fe2O3、NiO使活性炭的碘吸附值和亚甲基兰吸附值均有所增大；CoO2、MnO2对活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝

3、吸附值影响较小。CaO、Fe2O3和NiO对H2的产生具有催化作用，H2产率分别由67.28%升高到74.27%，71.90，70.27；氧化钴对对H2的产生具有负催化作用，H2产率分别由67.28%降低到66.20%。氧化锰对H2的产生影响较小。CaO、NiO、Fe2O3均使活性炭的收率下降，气体产物总产量提高。综合考虑活性炭性能以及氢气产量，最佳活化工艺参数为：活化温度为800℃，水蒸汽流量为3ml/min，总活化时间为60min。在加入氧化铁和氧化钙（铁钙原子比4:1）23时，活性炭的BET比表面积775m/g，平均孔径为3.902nm，孔容积达0.488cm/g，碘吸附值

4、678mg/g，亚甲基蓝值可达到55mg/g，活化阶段氢气的产量可达到535mmol/g半焦，约占活化过程释放气体总量的67.80%；CH4的产量可达到9.44mmol/g半焦，占活化释放气体的1.20%；CO的产量为5.80mmol/g半焦，占活化释放气体的0.74%；CO2的产量为238.87mmol/g，占活化释放气体的30.27%。CaO催化气化主要发生在Ca-C界面的活性点并形成孔洞，同时，在金属颗粒发生移动时产生孔道；镍催化活化是以“炭溶解”模型为基础，并在结晶方向挖孔；Fe2O3直接参与了反应，通过生成的气体扩孔，以改善碳的孔隙结构；Fe2O3与NiO主要以熔融模型

5、为基础通过金属离子间的相互作用来协同催化碳与水的反应；Fe2O3与CaO加入后活化过程中有CaO2生成，而CaO2与H2O反应生成O2，从而加速了催化气化效果，使碳扩孔。拟合未加催化剂的半焦和添加氧化铁的半焦水蒸汽活化动力学均满足均相模型。对于加入氧化钙和氧化镍的半焦，其水蒸汽活化动力学模型符合缩合模型。拟合加入复合催化剂铁镍与铁钙的半焦水蒸汽活化动力学均满足均相模型。且加入不同催化剂的煤半焦与水蒸汽反应的速率常数为：kFe2O3+NiO＞kFe2O3+CaO＞kCaO＞kFe2O3＞kNiO。关键字：神府半焦；催化活化；金属氧化物，活性炭；氢气；多联产研究类型：应用研究Subj

6、ect：StudyonCatalyticActivationandPoly-generationofShenfuSemi-cokeSpecialty：ChemicalTechnologyName：LiJing（Signature）Instructor：ZhouAnning（Signature）ABSTRACTFacingthedualpressuresofenergyresourcesandtheenvironment,peoplearelookingforeffectivewaystosolvetheproblems.Multi-generationtechnologyarec

7、oncernedasaresource,energy,environmentintegratedtechnology.Chinaisacountrywhichisshortofpetroleumandgas,butrelativelyabundantcoalresources.Semi-cokeasaproductofcoalpyrolysis,anditisbecomingincreasinglyimportantforrationalutilization.Thispaper