Olivine bed material used in an aging experiment for indirect gasification in the Chalmers 2–4-MWth DFB gasifier was investigated with the aim to determine the mechanism of layer formation around the particles upon exposure to gasification conditions. The collected samples were exposed for 1, 2 and 4 days. The development of ash layer around the bed material particles was studied with different analysis methods. Formation of Ca3Mg(SiO4)2 and MgO was confirmed by X-ray diffraction (XRD). Cross-sections of the bed material samples were prepared using Broad Ion Beam (BIB) milling and were further analyzed with Scanning Electron Microscopy coupled with Energy Dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). The analysis of the produced cross-sections revealed the formation of a Mg-rich surface layer on top of the Ca-rich ash layer. Minor amounts of K were also found near the sample surface. Based on the results from the characterization techniques, a reaction mechanism involving the transition of Mg2SiO4 with CaO to MgO and Ca3Mg(SiO4)2 was suggested which was confirmed by equilibrium calculations. This mechanism was supported by Transmission Electron Microscopy (TEM) analysis where diffraction patterns corresponding to MgO were found. TEM-EDS line-scan revealed the presence of ash components in the ash layer such as P and Ti at locations coinciding with high levels of Ca which indicates the formation of Ca3(PO4)2 and CaTiO3. The results presented provide detailed information on the composition of the ash layer which can be used to fully understand the mechanism responsible for the formation of catalytically active ash layers.

中文翻译：

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生物质间接气化过程中橄榄石床材料老化过程中层生长的微观研究

研究了用于 Chalmers 2-4-MWth DFB 气化器间接气化老化实验中的橄榄石床材料，目的是确定暴露于气化条件下颗粒周围层形成的机制。收集的样品暴露 1、2 和 4 天。用不同的分析方法研究了床料颗粒周围灰层的发展。通过 X 射线衍射 (XRD) 证实形成了 Ca3Mg(SiO4)2 和 MgO。床材料样品的横截面使用宽离子束 (BIB) 研磨制备，并用扫描电子显微镜结合能量色散 X 射线光谱 (SEM-EDS) 进一步分析。对产生的横截面的分析表明在富钙灰层顶部形成了富镁表面层。在样品表面附近也发现了少量的 K。基于表征技术的结果，提出了一种涉及 Mg2SiO4 与 CaO 转变为 MgO 和 Ca3Mg(SiO4)2 的反应机制，这已通过平衡计算得到证实。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰分成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，这表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。基于表征技术的结果，提出了一种涉及 Mg2SiO4 与 CaO 转变为 MgO 和 Ca3Mg(SiO4)2 的反应机制，这已通过平衡计算得到证实。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。基于表征技术的结果，提出了一种涉及 Mg2SiO4 与 CaO 转变为 MgO 和 Ca3Mg(SiO4)2 的反应机制，这已通过平衡计算得到证实。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。提出了一种涉及 Mg2SiO4 与 CaO 转变为 MgO 和 Ca3Mg(SiO4)2 的反应机制，这已通过平衡计算得到证实。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。提出了一种涉及 Mg2SiO4 与 CaO 转变为 MgO 和 Ca3Mg(SiO4)2 的反应机制，这已通过平衡计算得到证实。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。这种机制得到了透射电子显微镜 (TEM) 分析的支持，其中发现了对应于 MgO 的衍射图案。TEM-EDS 线扫描显示灰层中存在灰分成分，如 P 和 Ti，与高浓度 Ca 重合，这表明形成了 Ca3(PO4)2 和 CaTiO3。所呈现的结果提供了有关灰层组成的详细信息，可用于充分了解形成催化活性灰层的机制。