气流床煤气化炉渣特性及综合利用研究进展

我国煤化工技术的快速发展使煤气化炉渣排放量急剧增加。气化炉渣的减量化、资源化、无害化利用已是当前煤化工行业的研究热点。概括了气流床煤气化炉渣的矿物学和物化特性,总结了国内外气化炉渣在建材、污水处理、锅炉掺烧等领域的研究现状,提出了当前气化炉渣利用存在的局限性问题,展望了未来煤气化炉渣利用技术的发展方向。结果表明:气流床煤气化炉渣以无定形物(残碳和玻璃体)为主,少量矿物晶体包括石英、方石英、莫来石、钙长石等;其化学组成主要为SiO_2、CaO、Fe_2O_3、Al_2O_3等,与煤燃烧后灰化学组成相似,对于液态排渣炉型,由于助溶剂的加入,其CaO质量分数10%。气化炉渣SiO_2、Fe_2O_3、Al_2O_3含量低(部分气化渣三者总相对质量分数小于60%),残碳、全水质量分数高(湿排气化细渣残碳高达30%,全水60%)、成分不稳定,是制约其资源化利用的主要因素。气化炉渣的利用存在领域窄、附加值低、产品质量差、掺量少、缺乏相关标准和技术规范等问题。目前,建材化、循环流化床锅炉掺烧是气化炉渣的主要利用途径,烧结陶粒和作为吸附剂处理废气、废水是其高附加值综合利用途径。气化炉渣资源化利用研究应以适合的脱水技术、残碳和灰分的高效分离、残碳与玻璃体的分级利用为突破,应因地制宜,寻求气化炉渣高附加值与大规模消纳相结合、适合市场的综合利用方案。     

某干粉煤气化细渣特征及浮选回收残炭研究

煤气化细渣的残炭含量高,制约了其建材化利用.炭 灰分离是提高煤气化细渣综合利用的一种有效途径,而浮选 是分离炭灰的一种有效方法.以大同某干粉煤气化细渣为 研究对象,在查明物质组成、粒度组成、表面形貌、比表面积 和官能团基础上,进行了浮选回收残炭的试验研究.试验结 果表明,气化细渣灰分为３６．０７％,主要为球状玻璃体、石英、 莫来石 和 陨 硫 铁;残 炭 呈 疏 松 多 孔 状,比 表 面 积 为６６．２１ m２/g;粒度 组 成 主 要 分 布 在 ０．３~０．１２５ mm 粗 粒 级 和 －０．０４５mm 细粒级,而且粗粒级灰分低,细粒级灰分高.当 柴油用量为３０kg/t、仲辛醇用量为５kg/t时,采用分次加药 方式进行 一 次 粗 选,获 得 了 精 炭 产 率 ８３．６１％、精 炭 灰 分 ２２．７０％、尾灰灰分９７．４１％的良好指标,尾灰灰分达到一级 粉煤灰的标准.     

CFB锅炉掺烧水煤浆气化细渣的研究和运行分析

目前我国煤化工行业多年持续发展使得国内煤气化系统细渣处理量高速增加。气化细渣经真空带式或板框过滤机过滤后含水率普遍达到40%～60%,干基残碳质量分数通常在18%～50%。煤气化细渣的无害化处理和资源化利用已成为当前国内外煤化工行业亟待解决的痛点。以水煤浆气化细渣的特性为基础，从气化细渣的残碳(热值)、含水率、掺烧比例和混合燃烧特性等方面研究了水煤浆气化细渣对掺烧的影响。陕煤集团渭化公司水煤浆气化炉气化细渣经过深度脱水干化后含水率降低到28%,输送简单方便，与原料煤掺混后混合燃料的流动性不会造成堵煤断煤，调整混合燃料的含水率和热值等满足CFB锅炉要求后，对锅炉换热效率和运行寿命影响不大。针对气化细渣掺烧进CFB锅炉的运行情况进行分析，掺烧后锅炉运行参数如床层温度、烟气氧含量、排烟温度、床层差压等变化不大；烟气中SO₂,NO_x质量浓度未剧烈变化，不会影响到锅炉脱硫脱硝系统。掺烧前锅炉飞灰含碳量在10%～20%,掺烧后降低到5%～10%,证明合适的掺加量对燃烧有促进作用。气化细渣掺烧后，由于其灰分较原料煤高，进入烟道的飞灰总量将增加，在掺烧比例&...     

气化细渣疏水-亲水双液分离可行性与机理分析

煤气化细渣是一种资源化利用率较低的固体废弃物，其残炭与灰质的相互混杂制约了针对其中残炭或无机矿物质(灰质)利用的2个方面，残炭与灰质分离是气化渣高效资源化利用的前提。重力分选对于气化渣中+0.125 mm较粗粒级分选效果较好，但气化细渣0～0.074 mm粒级含量高，常规泡沫浮选细粒级药剂消耗量大，泡沫残炭产品中细粒灰质夹带严重，多段分选工艺复杂，泡沫残炭产品水分较高。疏水-亲水双液分离(HHS)是集分离与脱水为一体的技术，采用HHS技术对宁夏煤业公司的气化细渣的残炭与灰质分离进行了试验研究，考查了搅拌速度、搅拌时间、疏水液体用量对煤气化细渣炭、灰分离效果的影响规律。结果表明，随搅拌速度增加残炭产品灰分由66.35%降低至20.80%,尾矿灰分由79.70%提高至98.25%,炭、灰分离效果明显变好；随着搅拌时间增加，残炭产品灰分由33.96%降低至28.96%,对于炭、灰分离效果影响较小；随疏水液体用量增加残炭产品灰分由28.98%降低至24.31%,再升高到26.09%,HHS中疏水液体为样品质量的60%时最佳。HHS相比泡沫浮选可得到更好的炭、灰分离效果，残炭产品灰分在30%以下...     

Texaco气化炉灰渣理化特性与脱碳研究

为提高煤气化灰渣使用效率,实现资源利用最大化,以Texaco气化炉产生的灰渣为研究对象,通过粒度分析、可燃物测定、XRD、SEM等分析手段,研究粗、细渣样粒度组成、含量嵌布、烧失量、表面微观形貌等特性;并进行了浮选脱碳试验研究。结果表明,细渣残碳含量明显高于对应粗渣中的残碳含量,细渣全部粒级与粗渣中部分粒级烧失量较高,具有脱碳的意义,可通过选矿方法进行碳的二次富集;灰渣中未燃尽煤粒表观为碎片状等不规则形状,同时其表面生成了以中微孔为主的发达的孔隙结构;常规浮选药剂对灰渣脱碳有一定的效果但可燃体回收率较低,采用超声波预处理能够改善浮选结果,达到脱碳的目的。     

水煤浆气化细渣及浮选精矿与煤掺烧性能的研究

水煤浆气化细渣含水量高、挥发分含量极低、着火燃烧特性差，难以直接作为燃料燃烧，通过浮选对其进行灰碳分离，可以得到含碳量较高的浮选精矿。通过对德士古煤气化炉气化细渣及其浮选精矿进行扫描电镜和X射线衍射仪的表征发现，浮选精矿中游离球状灰渣颗粒较气化细渣显著减少，部分灰颗粒附着在多孔不规则碳的孔隙中。与气化细渣相比，浮选后的精矿平均粒径减小，比表面积增大，固定碳含量从41.61%提高至61.88%,灰分由52.06%降低至27.86%,发热量从15.24 MJ/kg升高至22.43 MJ/kg。利用热重分析仪对气化细渣及其浮选精矿分别与煤掺混的燃烧特性进行研究。结果表明，气化细渣和浮选精矿的着火和燃尽特性较差，按照低比例添加(10%～30%)到煤中，可以有效改善其着火稳定性和燃烧性能；随着掺混比例的增加，DTG曲线出现分峰现象，且整体燃烧特性变差；采用Coast-Redfern积分法分析了不同掺混比例样品的燃烧反应动力学特性，结果表明低温段活化能小于高温段活化能，混合样品在低温段的活化能始终小于浮选精矿或气化细渣，浮选精矿或气化细渣的添加比例超过50%时使混合样高温段活化能急剧增加。同时，对...     

基于湍流涡调控的煤气化渣炭-灰浮选分离过程强化

煤气化渣因炭、灰包裹夹杂严重、嵌布粒度细，导致浮选分离困难，制约了其资源化利用。浮选大多发生在湍流环境中，调控湍流是强化微细颗粒矿物浮选回收的有效途径，湍流小尺度涡直接作用于微细颗粒运动，研究借助涡流发生器实施湍流涡调控以进行煤气化渣中的炭-灰浮选分离过程强化。利用计算流体力学数值模拟对涡流矿化管内部流场进行数值计算，分析涡流发生器结构对湍流特征参量及煤气化渣浮选指标的影响，在此基础上设计了与矿物可浮性相适配的梯级涡流浮选过程。结果表明：管内矩形涡流发生器可诱导出发卡涡、流向涡及旋转方向相反的二次流向涡对，涡-涡、涡-主流之间的交互作用显著提高了湍流动能、降低了涡尺度，有利于微细颗粒与气泡间的碰撞。涡流发生器的倾斜角度从25°增至55°时，湍流动能均值由0.041 m²/s²增到0.142 m²/s²,最小涡尺度均值由16.10μm减至10.34μm。采用内置结构相同涡流发生器的均衡涡流浮选装置对煤气化渣进行炭-灰浮选分离试验，不同粒级浮选回收率表明，粒度越细，需要的湍流动能越大、涡尺度越小，诱发的...     

煤气化渣浮选精炭理化特性研究

煤气化灰渣高效环保资源化利用是目前煤化工固废领域研究的热点，即对气化渣增值化和规模化消纳技术开发的需求极为迫切，但对残碳高值利用等暂无大规模资源化的处置方案。采用N₂吸-脱附、扫描电镜(SEM)、碘吸附等手段对浮选精炭的孔径分布和吸附性能进行分析表征，依据GB/T 7702.7—2008和GB/T 7702.6—2008进行精炭的碘值和亚甲蓝值检测及不同分子水平的吸附性能表征，采用物理活化和化学碱活考察浮选精炭制活性炭过程的活化反应性能。结果表明：气化渣浮选精炭具有低挥发分、低硫、低H/C原子比和低活化反应性能的特点，煤质特征与变质程度最高的1号无烟煤接近，灰成分中Si-Al酸性氧化物含量接近70%。气化渣浮选精炭的分子结构致密，碱性物质的存在有利于促进活性炭制备的活化反应。浮选精炭初具一定的比表面积，孔结构为介孔尺度，具有一定的大分子液体吸附性能，碘值和亚甲蓝值未达到工业水处理用活性炭技术指标，需对其进行进一步活化处理。浮选精炭经过气化炉的高温历炼后活化反应性能大幅降低，可适量添加低变质煤和适宜的黏结剂混合成型，辅以高活性助剂并通过活化工艺参数调整和添加高活性助...     

K2CO3催化煤炭不完全气化联产高强度颗粒炭及富氢合成气研究

煤气化技术是煤炭清洁高效利用的重要技术。然而,煤气化过程气化碳转化率无法达到100%并产生大量废渣,而细渣中高含量且孔隙发达的残炭提取困难,使得大量堆积的细渣很难资源化利用。从细渣产生的源头出发,采用低灰煤圆柱状成型煤颗粒在K₂CO₃催化下进行不完全气化(在碳转化率达到70%～80%时终止气化)联产高性能活性炭及富氢合成气,并研究气化气体产物组分和所制备K掺杂活性炭AC-Kx的CO₂吸附性能及K对CO₂吸附性能的影响。结果表明：在纯水蒸气气氛下,外部热源供热气化终温950℃条件下,Kx催化不完全气化气体产物中H₂/CO体积分数比值在2.20～6.29,氢碳比f在1.37～2.32。与未掺杂钾的样品相比,K₂CO₃催化气体产物的氢碳比显著提高;气化后期产生的气体中CO和CO₂体积分数偏高,说明不完全气化及时终止气化反应可提升合成气的氢碳比,同时降低煤气化工艺的碳排放;当K₂CO₃     

气化渣水介重选及其分离炭制备脱硫脱硝活性焦试验研究

对国家能源集团宁夏煤业有限责任公司GSP干粉气化炉产生的气化细渣进行了粒度组成、密度组成等基本物性分析,利用复锥结构水介旋流器对其进行了水介质重力分选,以产品灰分、产率、碳分布率为评价指标,对前期条件试验获得的结构参数和操作参数的优选组合,通过水介质重力分选一次分选得到了富碳产品、高灰产品和富灰产品3种分质产品。富碳产品产率占入料8.37%、灰分12.69%,与原渣相比,碳含量提高了51.62%;富灰产品产率24.36%,灰分95.68%;富碳产品和高灰产品合计碳回收率达到97.09%,实现了残炭与灰的高效分离与富集。从产品视密度差异和可选性差异验证了水介质重力分选的可行性。对原样及3种分质产品分别进行SEM-EDS能谱分析、BET孔结构分析、XRD测试等。富碳产品多为不规则多孔絮状物,具有较高的比表面积和孔体积,总比表面积287.82 m~2/g,微孔比表面积为155.89 m~2/g,具备制备活性焦的潜质。以富碳产品为原料,通过添加固定配比的焦煤、长焰煤、焦油、沥青等原料,基于前期不同煤种的配比方案及热解过程中的相互作用机理,采用配煤法在富碳产品掺比质量分数50%时,制得的活性焦耐磨强度达到97.00%,耐压强度498.5 N(实测值)。参考国家标准要求对制备的气化渣基活性焦进行脱硫脱硝性能评价,计算得到其脱硫值为32.63 mg/g,远高于标准要求,脱硝率为27.50%。     

宁东煤气流床气化残渣特性研究

为提高气化灰渣使用效率,实现资源利用最大化,以宁东煤Texaco气化炉、GSP气化炉产生的灰渣为研究对象,通过粒度分析、可燃物测定、XRD、SEM、FTIR以及BET等分析手段,研究粗、细渣样粒度组成、含量嵌布、烧失量以及各自碳粒表面形态等特性。结果表明,细渣残碳含量明显高于粗渣中残碳含量;两种加压气化装置生成的渣样碳粒表面均生成了较发达的孔隙结构,熔融态矿物质呈圆球状粘附于碳粒表面,并测得碳粒有机官能团的变化;灰渣中的矿物质主要以惰性物质存在,且大部分无规则晶型;粗渣碳粒比表面积大于相应细渣。     

煤气化渣高水充填材料的制备及其性能研究

为了解决地下煤气化燃空区的塌陷问题并减少地下煤气化渣中重金属镉的溶出,采用溶液聚合法,利用煤气化渣粉和硅烷偶联剂、甲基丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、三乙醇胺为原料制备煤气化渣高水充填材料并将其充填到地下煤气化渣中。通过XRD、SEM、FTIR对煤气化渣高水充填材料的物相、微观形貌和官能团进行研究并对相关机理进行分析。结果表明:当煤气化渣粉的添加量为4份时,高水充填材料的单轴抗压强度和残余强度分别可达0.57 MPa和0.41MPa,35 d的收缩率为10.5%;将煤气化渣高水充填材料充填到地下煤气化渣中后,在p H=5的水环境中,充填体中镉离子浸出量减少70.1%。     

粉煤灰综合利用与提质技术研究进展

粉煤灰是我国堆积量最大的固体废弃物之一,粉煤灰的堆积和外排不仅占用了大量土地资源,而且容易造成环境污染。粉煤灰中含有一定量的残碳、磁珠和微珠等有用组分和有价元素,根据粉煤灰的特性对其进行提质或综合利用对减少环境污染、提高粉煤灰经济效益具有重要意义。论文阐述了粉煤灰在建材制备、陶瓷生产、土壤改良和多孔材料制造等领域的综合利用现状及研究进展,介绍了分选脱碳、有价元素提取、有用组分分离等粉煤灰提质方法的研究现状,探讨了粉煤灰综合利用与提质方法存在的问题及发展趋势。建议根据不同粉煤灰的特性,进一步开展粉煤灰材料制备的研究,同时强化对粉煤灰中微量元素、稀有元素和其它高附加值组分的回收。      

煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原...     

水煤浆气化细灰碳灰分布特性及其分离试验研究

以三峰级配技术制备的高浓度水煤浆气流床气化细灰为原料,进行碳灰分布特性及其分离试验研究,通过SEM-EDS(扫描电镜-能谱)、XRF(X射线荧光光谱)、XRD(X射线衍射)和BET(表面及孔隙度分析)对细灰的物化性能进行分析,采用煤中碳和氢的测定方法对不同粒度细灰的碳含量进行测试并对结果进行分析,得出气化细灰基本特征、碳-灰分布规律,使用实验室常规浮选试验方法探索气化细灰的碳灰分离方式。结果表明,在常规浮选条件下,灰分为47.98%的细灰,可获得产率为14.95%灰分为45.53%的精矿产品,常规浮选效果较差,主要原因为:原煤经过气化后,大部分的有机质转变成气体产物,一些不具可燃性的矿物质在细灰中得到熔融、富集和转化,捕收剂为容易与矿物表面接触的常规药剂,在相互作用时仅产生物理吸附作用,细灰表面的矿物颗粒会与捕收剂紧密贴合,导致矿物表面亲水性增强,捕收效果变差,且细灰孔隙结构发达,比表面积、孔容积均较大,会吸入大量水分和浮选药剂,不仅使颗粒表面亲水不易上浮,同时消耗大量药剂;细灰的碳-灰分布特性表现为灰含量随其颗粒尺寸的减小逐渐升高,可通过粒度分级的方法对中煤榆林细灰进行碳灰分离,当分级尺寸在0.1 mm时,可获得碳含量为79.78%,产率为54.20%的高碳细灰产品。     

钢铁渣的综合利用现状及发展趋势

近年来我国积极探索钢铁渣综合利用技术,力争开发一些生产流程简单、成本较低、社会需求量大的新产品。本文在对比论述国内外钢铁渣利用现状的基础上,总结出我国钢铁渣现有应用主要集中在建材方面,在农业方面还没有应用。同时,基于国内外研究热点提出钢铁渣在农业应用产品、生态修复产品及高附加值建材方面为综合利用发展趋势,并分别对其进行了简要介绍,为我国钢铁渣高附加值利用提供参考。     

掺改性煤气化渣水泥新拌浆体与减水剂相容性研究

煤气化渣是一种富含铝硅酸盐矿物的煤化工固体废料,机械粉磨与化学激发改性后的煤气化渣可作为复合硅酸盐水泥的活性混合材使用,可以有效减少水泥建材生产制备过程中的碳足迹。为明确掺改性煤气化渣水泥新拌浆体的工作性能,本文通过研究煤气化渣-水泥复合浆体的流动度、ζ-电位和粒径分布,对煤气化渣-水泥二元体系与减水剂相容性进行了评价。结果表明:经二乙醇单异丙醇胺助磨改性后的煤气化渣是一种介孔材料,在掺量不超30 % 的情况下,具有较好的工作性;聚羧酸系减水剂对掺改性煤气化渣水泥新拌浆体的分散性和流动性有利,且表现出修正Bingham流体特征。实验结论对研究煤气化渣-水泥二元体系的工作性能以及与减水剂的相容性有较高的理论参考价值。     

改性煤气化粗渣活性特征及其复合水泥浆体水化硬化性能研究

煤气化技术的规模化应用产生了大量难处理的煤气化灰渣。作为一种富含硅铝酸盐矿物的煤气化灰渣,具备火山灰活性和较低的碳含量特征,可作为辅助性胶凝材料使用。为探讨不同改性效果下煤气化粗渣的活性特征及其对水泥水化硬化性能的影响机制,本文从宏观和微观上对掺有改性气化粗渣的复合水泥浆体的水化放热、抗压强度、水化产物组成与结构进行分析比较。结果表明:添加二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)改性,可明显地提升气化粗渣的粉磨效率和潜在水化活性,有效减少水化诱导期的延长,降低气化粗渣掺加对水泥水化的缓凝效果;添加DEIPA的顺序对复合水泥的水化硬化特性影响不大。经化学和物理协同改性后的煤气化粗渣可以用于硅酸盐水泥的混合材和混凝土的掺合料,在适当掺量(10 %)下可提升复合水泥的力学性能。     

抗生素菌渣处理新技术进展

抗生素菌渣含有残留抗生素及代谢中间产物等,是一种特殊的危险废物,如处置不当,会对生态环境以及人体健康产生潜在的危害。介绍了抗生素菌渣的处理新技术,包括能源化、肥料化、循环利用、制备活性炭、水煤浆等。提出抗生素菌渣肥料化和能源化是解决大宗抗生素菌渣处置问题的有效途径,目前急需建立一套系统、科学的生物安全性检测方法和评估标准,为实现抗生素菌渣低成本无害化、资源化处理提供技术保障。     

“双碳”目标下煤炭绿色低碳发展新思路

在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角,探索“煤”“废”“碳”协同发展路径,为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供全方位解决方案。具体包括：①阐明了“煤”的减损化开采科学内涵,明确了生态脆弱区含(隔)水层空间组合特征、采煤减损技术应用下的覆岩移动规律和覆岩采动损伤下的地表变形规律等减损化开采科学问题,提出了面间煤柱“掘-充-留”一体化、窄条带式充填开采和综采架后充填开采等减损化开采技术;②阐明了“废”的功能化利用科学内涵,明确了固废功能化利用的科学问题,包括镁-煤基固废原材料改性方法与机理、多元固废协同作用机制、全固废充填材料性能调控理论3个方面,形成了以固废原材料改性、固废基胶凝材料研发、全固废充填材料制备为核心的固废功能化利用关键技术体系;③阐明了“碳”的低碳化处置科学内涵,提出了“碳”的低碳化处置科学实践框架和实施路径,厘清了在“碳”的低碳化处置过程中关于矿化材料制备、封存...