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第1章 绪论1

1.1 研究背景和意义1

1.2 煤气化原理3

1.3 煤气化反应的影响因素4

1.4 煤催化气化的研究进展7

1.5 量子化学理论在煤气化反应中的应用10

1.6 研究内容14

第2章 矿物质对褐煤气化反应性的影响16

2.1 引言16

2.2 实验装置和方法17

2.2.1 样品处理与表征17

2.2.2 煤与CO2的气化反应实验18

2.2.3 煤气化反应动力学参数计算19

2.3 酸洗处理对煤比表面积和孔径结构的影响19

2.4 煤与CO2的气化反应的实验结果与讨论22

2.4.1 原煤和脱灰煤的气化实验结果22

2.4.2 脱灰煤和合成煤的气化实验结果23

2.4.3 矿物质含量对煤气化反应性的影响24

2.5 矿物质对煤气化反应动力学参数的影响25

2.6 本章小结26

第3章 Fe催化剂对煤焦结构的影响28

3.1 引言28

3.2 实验装置和方法29

3.2.1 煤样工业分析和元素分析29

3.2.2 煤焦的制备30

3.2.3 煤焦的表征30

3.2.4 热解动力学参数计算31

3.3 Fe含量对煤焦结构的影响32

3.3.1 负载12.944987e-317催化剂后煤焦表面官能团分析32

3.3.2 负载不同Fe含量的煤焦XRD测试结果与分析33

3.3.3 负载不同Fe含量的煤焦拉曼光谱结果与分析36

3.4 Fe催化热解反应动力学计算与分析39

3.5 本章小结41

第4章 Fe催化剂对煤焦气化反应性的影响42

4.1 引言42

4.2 实验装置和方法43

4.2.1 负载Fe催化剂煤焦的制备43

4.2.2 煤焦与CO2的催化气化实验43

4.2.3 煤焦表面活性位的测量44

4.2.4 Fe催化作用下煤焦与水蒸气的气化实验44

4.3 Fe催化剂对煤焦与CO2的气化反应性的影响45

4.3.1 Fe含量对煤焦气化反应性的影响45

4.3.2 吸附温度对CO释出峰的影响49

4.3.3 吸附时间对CO释出峰的影响49

4.4 Fe催化剂对煤焦与CO2的气化反应动力学参数的影响51

4.5 Fe催化剂对煤焦与水蒸气的气化反应的影响53

4.5.1 水蒸气气化过程中煤焦碳骨架结构的演变过程53

4.5.2 Fe催化剂对煤焦与水蒸气的气体产物释放特性的影响56

4.6 复合催化剂对煤焦与CO2的气化反应性的影响60

4.7 本章小结64

第5章 Fe催化剂对煤焦与O2的催化气化反应机理研究66

5.1 引言66

5.2 计算方法与模型67

5.3 非催化条件下煤焦与O2的气化反应机理69

5.3.1 O2分子在Zig-zag型煤焦结构上的吸附和脱附反应69

5.3.2 O2分子在Armchair型煤焦结构上的吸附和脱附反应71

5.4 Fe—O对煤焦与O2的催化气化反应机理的研究73

5.4.1 Fe—O吸附后对煤焦结构的影响73

5.4.2 Fe—O对煤焦与O2的催化气化反应的机理78

5.5 O2与氧化煤焦表面的反应80

5.5.1 氧覆盖度对吸附能的影响80

5.5.2 孤立活性O原子与煤焦的吸附反应82

5.6 本章小结84

第6章 Fe催化剂对煤焦与CO2和水蒸气的催化气化反应机理研究85

6.1 引言85

6.2 非催化条件下煤焦与CO2的气化反应机理86

6.2.1 CO2分子在Zig-zag型煤焦结构上的吸附和脱附反应机理86

6.2.2 CO2分子在Armchair型煤焦结构上的吸附和脱附反应机理90

6.3 Fe—O催化作用下煤焦与CO2的气化反应机理91

6.4 非催化条件下煤焦与水蒸气的气化反应机理95

6.4.1 H2O分子与Zig-zag型煤焦的反应过程95

6.4.2 H2O分子与Armchair型煤焦的反应过程96

6.5 Fe—O催化条件下煤焦与水蒸气的气化反应机理98

6.6 CO2和水蒸气与氧化煤焦表面的反应101

6.7 本章小结103

第7章 总结105

7.1 研究成果105

7.2 书中主要创新点106

参考文献107

致谢120