气化条件下高岭土固定生物质中碱金属机理的热力学研究

贺冲; 白进; 郭晶; 鲁浩; 黄磊

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生物质中碱金属(钾和钠)在气化过程中易释放至气相,导致气化炉腐蚀、积灰、结渣等问题,严重影响气化炉的长周期运行。采用热力学模拟,分别从碱金属释放和分布规律、物相演化机理、熔渣结构单元和熔渣固定碱金属吉布斯自由能,阐明添加高岭土对秸秆气化过程中碱金属释放的影响机制。结果表明,800℃秸秆灰渣中碱金属钾主要存在于钾镁硅酸盐和长石,而钠存在于长石,温度升高促进灰渣中碱金属释放至气相;此外,矿物质种类和熔渣结构分别是决定碱金属释放行为的关键因素;800℃时添加高岭土促进灰渣中固钾矿物质由钾镁硅酸盐转变为白榴石,固钠矿物质由钠钙硅酸盐转化为霞石,减弱碱金属释放行为。高温下添加高岭土,熔渣解聚参数G下降,熔渣中Si-Si-O-O结构单元转变为Al-Si-O-O结构单元,促进碱金属以电荷补偿形式与四配位Al^(3+)结合,Si-KAl-O-O结构单元和Si-NaAl-O-O结构单元含量升高,抑制碱金属释放。此外,1400~1600℃时,添加高岭土导致熔渣固定碱金属反应的吉布斯自由能降低,熔渣固定碱金属能力增强,碱金属释放减弱;熔渣固定碱金属钾反应的吉布斯自由能高于碱金属钠,因此碱金属钾更易释放至气相。

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来源
《洁净煤技术》 |2022年第11期|105-113|共9页
作者
贺冲; 白进; 郭晶; 鲁浩; 黄磊;
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作者单位

太原理工大学环境科学与工程学院;

中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室;

太原理工大学安全与应急管理工程学院;

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正文语种 chi
中图分类煤炭气化工业;
关键词
生物质气化; 碱金属; 高岭土; 熔渣结构; 吉布斯自由能;

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