工业废料电石渣催化蒙古烟煤气化制氢合成气的性能活化与反应机理研究

为解决煤炭利用中的污染问题及提升清洁能源转化效率，研究人员开展电石渣（CS）催化烟煤气化制氢合成气的研究。结果表明CS可降低气化温度128°C，显著提升H2和CO2产率，并通过促进水碳反应（WGSR）优化产物组成。该研究为工业废料资源化及煤基清洁能源技术提供理论支撑。

　　

煤炭作为中国主导能源，其传统利用方式伴随严重的SO₂、CO₂和颗粒物排放问题。尽管煤制氢合成气技术被视为清洁转化路径，但现有工艺存在效率低、催化剂成本高等瓶颈。电石渣（CS）作为钙基工业废料，主要成分为Ca(OH)₂，年产量数百万吨却利用率不足。内蒙古工业大学等机构的研究团队创新性地将CS应用于蒙古烟煤气化过程，系统揭示了其对合成气组分调控的催化机制，相关成果发表于《Fuel》。

研究采用固定床反应器气化实验结合GC（气相色谱）分析，通过XPS（X射线光电子能谱）、FTIR（傅里叶变换红外光谱）和Raman光谱表征CS改性焦的结构演变。蒙古Khushuut煤矿烟煤经盐酸预处理后与CS混合热解，获得CS负载焦（KS-CS-T）作为气化原料。

气体产物生成规律
CS使H₂最大产率从1.32 mmol·min^?1·g^?1提升至2.47 mmol·min^?1·g^?1，CO₂产率增加0.88 mmol·min^?1·g^?1，而CO生成受抑制。GC动态分析证实CS通过加速水碳反应和WGSR（水煤气变换反应）重构产物分布。

焦结构演变机制
XPS显示CS热解后钙以CaO、CaS和CaO-OC形态嵌入焦孔隙，成为WGSR的碱性活性位点。FTIR证实CS促进焦中COO–/C=O/C-O含氧官能团保留，Raman光谱表明其增加芳环结构不规则度，提升大分子芳环气化效率。

反应路径解析
CS通过双重作用优化气化：物理上扩大焦孔隙促进蒸汽扩散，化学上通过CaO催化WGSR（CO + H₂O → CO₂ + H₂）实现H₂富集。含氧官能团保留为水碳反应（C + H₂O → CO + H₂）提供活性位点，形成协同催化效应。

该研究首次阐明CS在烟煤气化中的多尺度作用机制，不仅实现工业废料高值化利用，更创制出低温高效制氢新技术。相比传统催化剂，CS使气化温度降低至772°C，且H₂选择性提升87%，为煤基低碳能源系统开发提供新范式。研究团队Zhiqing Lian等指出，该技术若与CO₂捕集工艺耦合，可进一步实现近零排放，对构建“煤-氢-材料”循环经济链具有重大实践意义。