铝土矿残渣催化低阶粉煤快速热解反应机理与产物调控

　　

本研究聚焦于工业固废铝土矿残渣（BR）在低阶粉煤快速热解领域的资源化利用。针对当前粉煤热解存在的焦油重质化率高（>60%）、设备易堵塞等技术瓶颈，以及BR大量排放（全球年排放量～1.5亿吨）亟待解决的现状，通过对BR进行酸活化（去除>90% Na₂O）、孔结构调控（负载介孔SiO₂）及负载改性等手段制备复合催化剂，并将其应用于低阶粉煤热解过程。实验利用固定床反应器耦合在线质谱等装置，系统研究了不同温度（500-650°C）、催化剂/煤比（5-30 wt%）、煤粒径（20-200μm）条件下热解产物分布、反应动力学及催化反应路径。结果表明，优化后的 BR 催化剂（比表面积～210 m²/g）可显著降低煤裂解活化能（从未催化的152 kJ/mol降至86 kJ/mol），有效促进焦油轻质化（重质焦油含量降低～38%），在最优条件（600°C, 煤粒径75-150μm, BR添加量20 wt%）下BTX收率达19.4%，接近25%的目标值。催化剂通过“孔隙-活性位”双功能协同作用（Fe₂O₃催化裂解与氧化阻断、碱性位点促进、优化孔道扩散），调控热解路径向芳构化发展。技术经济性分析表明，该催化剂成本比传统ZSM-5降低～70%，且BR对As/Pb等重金属截留率>85%，兼具废水治理潜力。本研究为工业固废资源化与粉煤热解技术提升提供了新路径。

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