高温气化过程中煤灰矿物质演变规律的量子化学计算与实验研究

大规模煤气化技术是我国煤炭清洁、高效转化的重要途径和发展方向之一。但由于我国煤种复杂多样，炉内煤灰熔融变化行为是导致的气化炉炉内受热面沾污、积灰、堵塞以及气化炉排渣不畅等问题的主要原因。为此，本项目采用量子化学与实验研究相结合的研究方法，从矿物质微观分子结构和宏观熔融特性两个层面上，深入研究高温气化条件下灰中主要矿物之间以及灰中矿物与助熔矿物(石灰石、硼镁矿等)间相互复杂的物理-化学作用，进一步揭示高温气化条件下煤灰熔融机理，为指导气化炉设计与气化炉配煤提供理论指导。首先，搭建用于模拟炉内高温气化条件下煤灰熔融变化行为的“高温气化条件下煤灰熔融变化特性实验装置”，并在该实验装置上研究不同混煤、不同气化条件下煤灰的熔融变化行为及其矿物质演变规律；在此基础上，利用量子化学理论建立高温气化条件下煤灰熔融变化过程中的主要矿物质及其外来助熔矿物的最稳态分子簇结构模型及相应物理-化学特性数据库；然后通过对比、分析高温气化条件下煤灰熔融过程中各主要矿物质的微观结构特性及其物理-化学特性，探索矿物质微观结构特性与其宏观熔融变化特性之间的内在联系；最后，在已得到的实验数据基础上，结合三元相图和量子化学计算理论从微观和宏观两个层面对高温气化条件下煤灰中各矿物质之间以及矿物质与助熔矿物间的相互复杂物理-化学反应机理，并建立相应的机理模型，为指导、优化气化炉配煤提供理论依据。通过本项目的研究，项目团队发表相关学术论文17篇(其中标注资助16篇)，其中SCI收录期刊4篇，EI收录期刊6篇，申请发明专利2项。