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流化床中煤气化细渣高温还原磷石膏过程
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作者 马栋 解桂林 +4 位作者 田治华 王勤辉 张建国 宋慧林 钟晋 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期3479-3491,共13页
磷石膏(PG)是世界上重要的工业固体废物之一,其传统的储存方法占用了大片土地,也破坏了环境。采用热化学方法将PG还原为CaS和CaO不仅可以变废为宝,而且缓解了环境污染。常见的还原剂主要是褐煤和硫黄等,然而上述还原剂存在成本较高的缺... 磷石膏(PG)是世界上重要的工业固体废物之一,其传统的储存方法占用了大片土地,也破坏了环境。采用热化学方法将PG还原为CaS和CaO不仅可以变废为宝,而且缓解了环境污染。常见的还原剂主要是褐煤和硫黄等,然而上述还原剂存在成本较高的缺点。因此本文提出采用煤气化细渣(CGFS)来还原PG。通过热力学计算、流化床实验和动力学计算,探讨了还原行为和反应机理。首先,热力学计算表明CGFS还原PG完全可行。流化床实验发现当目标产物为CaS时,最优化的反应条件为温度应保持在850~900℃,C/Ca摩尔比为2~3,在该条件下,PG可以完全分解。当目标产物为CaO时,温度应保持在950~1000℃,C/Ca摩尔比为0.5~1,但在该条件下PG难以完全分解。此外CGFS中的矿物组分会显著影响PG的分解率,该过程主要是和CGFS的反应活性有关。接着通过比较四种常见的碳基还原剂发现,褐煤对PG的分解效率最高,细渣和焦炭相比于石墨具有较高的反应活性,也有利于PG的分解过程。此外提高C/Ca摩尔比和反应温度能够降低石墨与其他三种还原剂的差距。最后动力学研究表明,CGFS还原PG过程符合缩核反应模型,其动力学机理函数G(α)=-ln(1-α),表观活化能为415.78~456.83kJ/mol。通过SEM-EDS发现反应是从边界开始,逐渐扩散到核心,最终形成蜂窝结构。本研究将为开发环境友好型还原剂分解PG提供理论依据。 展开更多
关键词 磷石膏 煤气化细渣 动力学 热力学 分解机理
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