论文摘要
我国是一个多煤少油的国家,在世界资源日益匮乏的今天,发展煤气化事业对我国的能源安全和可持续发展显得尤其重要,水煤浆气化技术是大规模煤气化技术的一种。造纸黑液是重要的工业污染源之一,对黑液的资源化利用具有经济和环保的双重意义,本文利用造纸黑液作水煤浆添加剂配制的黑液水煤浆,也是对黑液资源化利用的一种尝试。为了使研究的结果更具有广泛的代表性和说服力,本文选取三种不同煤阶的煤种,配制成普通水煤浆（Coal Black Slurry,CWS）和黑液水煤浆（Coal BlackLiquor Slurry,CBLS）,然后制焦（第二章）;做它们在不同温度下的C-CO2等温热重试验（第三章）和不同压力下的升温热重试验（第四章）;使用电镜扫描、红外光谱分析、气化残渣XRD分析从微观角度对它们进行研究（第五章）。对六种煤焦不同温度下的C-CO2等温热重试验发现,煤阶不是气化反应特性唯一决定因素,煤中矿物质中的Ca、Fe离子量对气化特性的影响更为重要,Ca、Fe离子的催化作用主要表现在低温阶段,在高温阶段含Ca、Fe离子的矿物质可能发生熔融重组而失去催化性,这种催化“中毒现象”也是造成黑液水煤浆焦高温下催化效果凸显的原因。气化效果随着温度的提高而提高,1150℃的气化结果和1200℃的气化结果两者的差别不大,这说明1200℃左右是低温区（动力控制区）向高温区（扩散控制区）转变的过渡区域,活化能的计算结果证明了这一点。对六种煤焦不同压力下的C-CO2升温热重试验,结果发现,1000℃下提高压力并不能使各煤焦的碳转化率得到线性提高,这种结果可能是低温下的“二次凝结”造成的。普通水煤浆焦和黑液水煤浆焦的试验结果对比发现,“二次凝结”对多灰煤配置的黑液水煤浆焦的影响很大,对少灰低阶煤的影响很小。对其中一种煤的黑液水煤浆焦和普通水煤浆焦进行电镜扫描分析,发现黑液水煤浆焦的表面分布着许多“珍珠”状的“斑点”,可能是黑液中碱金属造成的活化中心点,另外,与CBLS焦的“团簇”形态不同,CWS焦呈现“散态板状”;笔者认为这种黑液中的碱金属和原煤中的矿物质相互作用形成的“团簇”形态,是造成低温下黑液中碱金属催化效果不好的原因之一。比较六种煤焦的红外光谱图,发现同一种煤配置的CWS和CBLS焦之间的差别很小,但是不同煤种配制的CWS和CBLS焦之间存在一定的差别,主要表现在C-O官能团(1050cm-1左右处)的峰值上,澳大利亚煤配制的CWS和CBLS焦的C-O官能团峰值明显大于新汶煤和大会战煤。而XRD图观察到高温区煤焦中的含Ca、Fe、Na、K离子矿物质发生了熔融重组生成了新的晶体,失去了原有的催化活性。