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煤化学链技术中,煤灰的产生与分离是固体燃料化学链转化技术实施前需要解决的关键问题。本文以不同种类煤灰及煤灰中的一些组分作为研究对象,在化学链气化过程中考察它们对Fe4Al6载氧体反应性能与结构的影响规律,论文主要内容如下:(1)在流化床反应器中考察神木烟煤煤灰对Fe4Al6铁基载氧体反应性能与结构的影响。900°C还原反应温度下,0-15%神木烟煤煤灰可以提高Fe4Al6载氧体的反应性,对反应不同阶段均有明显的促进作用,但是20%神木烟煤煤灰则容易与Fe4Al6载氧体发生反应,生成Fe2SiO4、Fe Al2O4、CaFe4Al2O10和CaAl8Fe4O19等低熔点物质,加剧Fe4Al6载氧体的烧结。同时发现15%神木烟煤煤灰可以明显降低Fe4Al6最佳还原反应温度,但是当高于950°C时其对煤焦化学链气化反应产生不利影响。(2)在神木烟煤煤灰的基础上对比分析了鄂尔多斯褐煤煤灰与晋东无烟煤煤灰对Fe4Al6载氧体的作用。900°C还原反应温度下,20%鄂尔多斯褐煤灰与Fe4Al6载氧体相互反应,形成铁尖晶石结构物质(K2Fe22O34和K2Fe10O16),对Fe4Al6载氧体的煤焦化学链气化发挥积极地促进作用。0-20%鄂尔多斯煤灰不会导致Fe4Al6载氧体的烧结问题。晋东无烟煤煤灰富含载氧组分(Fe2O3),与Fe4Al6载氧体联合作用下,促进900°C煤焦化学链气化,提高煤焦的碳转化率,但是却消耗更多的合成气,导致其合成气含量比鄂尔多斯褐煤煤灰组要少。20%晋东无烟煤煤灰同样不会导致Fe4Al6载氧体的烧结。(3)K、Ca、Si、Fe和Al等组分是造成Fe4Al6载氧体烧结的主要元素。SiO2对Fe4Al6载氧体烧结作用最强。SiO2与Fe4Al6载氧体反应生成Fe2SiO4与Fe Al2SiO6等硅铝酸盐低熔点物质。它们不仅阻碍合成气在载氧体中的扩散反应而且容易造成载氧体中活性组分的流失,从而减弱载氧体的载氧能力,加剧其失活。煤灰中CaO组分对Fe4Al6载氧体有较强的的烧结作用。Ca O与Fe4Al6载氧体中铁铝组分发生反应,生成一种新的含钙的化合物如CaAl8Fe4O19、Ca Al2Fe2O6和Ca Al2FeO5等,这些物质容易渗透到载氧体的孔径结构中或覆盖其表面,减少合成气与载氧体的气-固反应活性位点,降低Fe4Al6载氧体反应活性。煤灰中K2O有助于丰富铁基载氧体的孔径结构,进而提高其反应性能。高温化学链气化过程中载氧体可以吸附由煤灰释放的钾蒸汽而发生复杂的化学反应,形成K-Fe-O等铁酸钾物质。铁酸钾中钾组分可以提供电子,弱化Fe-O键的强度,促进载氧体活性组分中晶格氧的释放。同时铁酸钾拥有的类似于β-Al2O3的铁尖晶石结构对铁基载氧体孔径结构的稳定性具有一定的积极作用。