鹤壁烟煤地下气化的污染研究

通过自行研制的煤炭地下气化模拟试验系统,采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺进行鹤壁烟煤地下气化模型试验,用地下水浸泡气化残焦。对气化管道煤气冷凝水、煤气洗涤水和残焦浸出液中的挥发酚、TOC、COD和氨氮进行检测,考察煤炭地下气化对地下水可能造成的污染。结果发现,煤气冷凝水中的挥发酚、TOC和COD均大于煤气洗涤水的;水蒸气气化阶段氨氮浓度最高,可达497.52 mg/L;残焦浸出液中的挥发酚、COD和氨氮的最大值均低于污水排放允许最高范围内。     

内蒙褐煤地下气化对地下水潜在的污染

采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺,用自行研制的煤炭地下气化模拟试验系统,对内蒙褐煤进行地下气化模型试验,并收集气化后的煤气洗涤水。之后对煤气洗涤水的有机组分、挥发酚和氨氮进行检测,考察内蒙褐煤地下气化对地下水可能造成的污染。由结果可知:不同气化阶段煤气洗涤水的有机组分相似,均以酚类物质为主,酚类物质体积分数最高可达有机组分的76.82%。其次为多环芳香烃和杂环化合物,还含有少量的单环芳烃和脂肪烃,几乎不含卤代烃;水蒸气气化阶段煤气洗涤水中的多环芳烃和酚类化合物均比空气气化阶段的多,氨氮和挥发酚的浓度变化也符合这一规律。表明水蒸气气化剂对地下水的污染可能更严重。     

颗粒煤气化的煤气洗涤水的污染程度研究

分别以水蒸汽和CO_2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟试验装置模拟煤炭地下气化,研究粒度为5~10 mm的大颗粒褐煤、烟煤和无烟煤在不同气化温度下气化的煤气洗涤水中污染物变化。结果表明,随着气化温度的升高,煤气洗涤水中挥发酚、TOC、COD、氨氮和大多数微量元素的浓度不断增大,适当控制气化温度可以有效降低煤炭地下气化对地下水的污染程度;水蒸汽为气化剂时煤气洗涤水中挥发酚、TOC、COD、氨氮和微量元素均明显高于CO_2气化;煤种对煤气洗涤水中污染物组分影响显著,挥发酚、COD和微量元素的含量均为褐煤烟煤无烟煤。     

煤炭地下气化残焦中污染物的浸出规律

采用煤炭地下气化实验系统模拟鹤壁烟煤地下气化过程,收集气化后残留半焦(气化残焦),研究了气化残焦中污染物在地下水中的浸出规律.研究表明,煤炭地下气化残焦浸出液中含有挥发酚等有机污染物及镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)和锌(Zn)等10余种重金属无机污染物.浸出温度和浸出时间是影响煤炭地下气化残留半焦浸出液中污染物质量浓度的重要因素.当浸出温度为45℃,浸出时间为8h时,气化残焦浸出液中挥发酚、总有机碳(TOC)及化学需氧量(COD)的质量浓度分别为0.03mg/L,5.07mg/L,7.48mg/L;Cr,V,Cu,Se,Ni及Zn等重金属离子的质量浓度介于4.0μg/L~73.4μg/L之间.大规模进行煤炭地下气化可能会对地下水造成潜在污染.     

煤炭地下气化模拟残焦中污染物的浸出

以水蒸气为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置模拟煤炭地下气化过程。用不同温度的地下水浸泡收集到的气化半焦,对浸泡液中的有机和无机污染物进行分析。以研究粒度为5—10 mm的大颗粒褐煤、烟煤和无烟煤气化残焦在地下水中的溶出情况。结果表明:随着浸泡温度的升高,气化残焦浸泡液中TOC和酚类化合物均减小。随着浸泡时间的延长,浸泡液中氨氮和酚类化合物质量浓度均先增加后基本不变;TOC和大部分微量元素则随浸泡时间的延长不断增大。TOC和氨氮质量浓度与煤种的关系为褐煤烟煤无烟煤。     

烟煤地下气化对地下水潜在的有机污染

以水蒸气为气化剂,利用自建的煤炭地下气化模拟试验系统模拟了鹤壁烟煤在不同温度下的地下气化过程。将模拟地下气化产生的粗煤气用深层地下水进行洗涤,并使用GC-MS检测煤气洗涤水中的有机物,模拟研究了煤炭地下气化对地下水可能造成的有机污染。结果表明:鹤壁煤气化过程中煤气溶解到地下水中的有机组分有108种,以脂肪烃为主,其次是卤代烃和芳香烃,同时检测到洗涤水中含有少量的苯系物和酚。参照国际癌症研究署(IARC)公布的《致癌物分类列表》和国家《危险废物鉴别标准》,苯及其衍生物、苯酚、甲酚、二甲酚以及萘等是主要的有毒有机污染物。地下气化过程中溶解在地下水中的污染物种类和浓度与气化温度有关。     

山核桃壳活性炭对煤气洗涤水的吸附净化

以山核桃壳为原料,经磷酸浸渍、炭化和活化后制得活性炭,用SEM和低温氮气吸附仪对活性炭进行表征,并用该活性炭对模拟气化试验产生的煤气洗涤水进行吸附净化,考察活性炭对煤气洗涤水中挥发酚、TOC、COD、氨氮和微量元素的净化效果。实验结果表明:用山核桃壳制备的活性炭具有介孔结构,其孔径主要分布在1~6nm范围内,比表面积达2959m²/g,孔容积为2.223cm³/g;该活性炭对挥发酚具有良好的吸附效果,经45h处理对挥发酚的去除率可达99.75%,TOC和COD的去除率分别到达88.33%和65.73%;对氨氮和微量元素也有很好的净化效果,经15h吸附后氨氮的去除率可达80.71%,微量元素的去除率均达99%以上。     

褐煤气化半焦对地下水有机污染的模拟脱除

通过自制的煤炭地下气化模拟系统,采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺,完成内蒙褐煤的地下气化模拟实验。利用傅里叶红外光谱、低温氮气物理吸附仪和扫描电镜对气化残留半焦的表面官能团、孔结构及表面形貌进行表征,进而考察了半焦对苯酚模拟废水中苯酚及煤气洗涤水中总有机碳（TOC）的脱除效果。实验结果表明：半焦孔径主要分布在1~4nm之间,表面有较丰富的含氧官能团及较多的孔洞和裂隙,其孔结构、含氧官能团及孔洞裂隙均有利于污染物在半焦内的迁移和吸附;气化半焦对苯酚的吸附符合Langmuir等温吸附模型,为单分子层吸附;实验条件下最大吸附率为97.95%,吸附量为2.44mg/g;气化半焦对煤气洗涤水中TOC的脱除随吸附时间的变化具有阶段性,脱除率可达88.1%。     

膨胀石墨的制备及其对煤炭地下气化煤气冷凝水的净化

以天然石墨为原料,采用化学氧化-高温膨胀工艺制备膨胀石墨,利用扫描电镜、低温氮气物理吸附仪和红外光谱仪对膨胀石墨的表面形貌、孔结构特征及表面官能团等微观结构进行表征;并系统研究其对内蒙古褐煤地下气化煤气冷凝水中氨氮(NH3-N)和总有机碳(TOC)的吸附净化特性.结果表明,所制膨胀石墨具有片层状三维网络结构,孔隙发达,比表面积可达27.3 m2·g-1,总孔容为0.124 cm3·g-1,孔径主要分布在2～10 nm,且其表面含有丰富的羰基、酚羟基等含氧官能团,是一种性能优良的介孔吸附材料.膨胀石墨对煤炭地下气化煤气冷凝水中NH3-N和TOC具有良好的净化效果;当膨胀石墨添加量为1.5 g,吸附温度为40℃,振荡吸附时间为60 min的工艺条件下,膨胀石墨对煤气冷凝水中NH3-N的脱除率和吸附量分别为44.35％和8.76 mg·g-1,TOC的脱除率和吸附量则分别为59.80％和4.07 mg·g-1.     

鹤壁烟煤地下气化模型试验研究

通过自行研制的煤炭地下气化模拟试验系统,采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺,完成了鹤壁煤的地下气化模型试验。文章就试验不同阶段的煤气组成、热值变化和气化过程的稳定性特征进行分析,结果如下:鹤壁煤地下气化水煤气平均热值达11.85 MJ/m3,空气煤气热值为4—6 MJ/m3,水煤气中氢气最高体积分数超过80%,相应的煤气热值达到12.91 MJ/m3;适当增大鼓风量有利于高温温度场的快速建立与恢复,试验条件下,最佳鼓风量为20 m3/h,最佳蒸汽流量为0.26 m3/h。试验为煤炭地下气化制氢提供了有力依据。