铁元素对褐煤热解及气化特性的影响
作者/来源：杨 利1，2，王冬梅3，尹丰魁3，余江龙1，3 (1.沈阳航空航天大学，辽宁 沈阳 110136；2.沈阳工程学院，辽宁 沈阳 110136；3.辽宁科技大学，辽宁 鞍山 114051) 日期： 2011-06-09 点击率：1778
摘 要：综述了铁元素对褐煤热解及气化的影响方面的研究进展，在褐煤中植入铁元素对褐煤热解和气化的半焦产物、气体产物的影响，分析了铁在褐煤热解和气化过程中的迁移和转化，并与褐煤中植入的其他金属元素产生的影响进行了简单对比。
关键词：铁元素；褐煤；热解；气化；半焦；挥发分
文章编号：1005-9598(2011)-01-0023-04 中图分类号：TQ534 文献标识码：A
引 言
褐煤中含有较多的碱金属、碱土金属和一定量的过渡金属，这些金属元素对褐煤热解及气化特性有重要的影响。过渡金属元素中的铁元素具有催化活性好、经济性好等特点。了解铁元素对褐煤热解和气化的影响，对褐煤清洁利用技术的开发尤为重要。向褐煤中植入铁元素对褐煤热解和气化特性的影响在文献中已有系统报道[1－2]，对这些方面的研究也有利于我国褐煤资源的高效清洁利用。
1 铁元素的植入方法
褐煤原煤中含有较高的无机矿物成分，这些成分对原煤的热解和其半焦水蒸气气化反应具有催化作用。目前研究最多的是其中的碱金属K和Na、碱土金属Ca和Mg以及过渡金属Fe等组分。在褐煤中，碱金属和碱土金属阳离子大部分以羧基化合物可交换阳离子的形式存在，另一部分以氯化物的形式溶于孔体系的水分中[3]。褐煤中的铁元素也以可交换阳离子的形式存在，并在水蒸气气化时有明显的催化作用。一般说来，煤基质中的金属元素的催化活性取决于它们的浓度、分散状态及化学形式。这些金属元素影响褐煤的热解特性及褐煤半焦在气化过程中对CO2和H2O的反应性。
通过把金属元素添加到经过酸洗脱灰预处理的煤样中，可以考察不同金属对褐煤热解及气化的影响。对于酸洗的煤样，采用离子交换法[2]或者浸渍法[3－5]进行金属元素的植入，植入的金属大都以离子的形式存在。离子交换法是将酸洗的煤样放入金属盐的水溶液中搅拌，使用氨水或者盐酸调整溶液的pH值，直到溶液的pH值保持不变，表明离子交换反应已经达到平衡。将煤样从溶液中分离，用去离子水反复冲洗，然后放在真空干燥箱内干燥。利用这种方法，金属离子的植入程度主要取决于盐酸滤液中离子的数量。浸渍法是将酸洗的煤样浸渍到金属盐的水溶液中，混合物放到真空旋转蒸发器中进行干燥，使其中的水分蒸发。两种植入方法对气体产物的浓度分布和半焦产量有一定的影响，通常离子交换法的效果要好于浸渍法[2，5]。
金属元素的前驱体大都是可溶性金属盐类。其中碱金属氯化物如NaCl和KCl等在海水和岩盐中易于得到，钙的化合物通常来自于价格低廉的Ca(OH)2和CaCO3。而硝酸盐、氯化物和硫酸盐则是铁元素植入使用的主要前驱体。H.Yamashita等[6]利用Fe(NO3)3·9H2O、FeCl3·6H2O、(NH4)3Fe(C2O4)3·3H2O、FeSO4·7H2O作为铁元素植入的前驱体....
