石灰石对Shell煤气化的影响

Shell煤气化是当前先进的第二代煤气化工艺,属熔渣、加压气流床气化工艺。煤的灰分、结渣性、灰熔融性等煤质特性对Shell煤气化装置的稳定运行发挥着重要作用。为保证气化炉能顺利排渣,对于高灰熔点的煤,通过添加助燃剂来改变煤的熔融特性成为煤气化工艺的重中之重。探讨了石灰石作为廉价的助燃剂对Shell煤气化的影响。结果表明:添加石灰石后,可降低煤的灰熔融性温度,从而降低了煤灰粘度,降低了煤灰结渣性,保证了装置的稳定运行。     

煤质对气流床煤气化的影响研究进展

对煤质与气流床气化炉的关系进行了论述。介绍了水煤浆气化炉与干煤粉气化炉的各自技术特点,分别讨论了煤阶、成浆性、发热量、工业分析、元素分析、灰熔融性、渣的流动性、熔渣腐蚀及煤灰沉积对气流床煤气化选型、设计、操作条件及气化性能的影响。分析了两类气化炉对不同煤性质的适应性并给出了典型的煤质适用范围。总结了工业应用针对不同煤质要求的解决方案并回顾了相应领域的研发进展。在分析讨论的基础上对煤质与气流床气化炉的选择、应用与进一步研发方向提供了建议。     

德士古煤气化工艺运行方式总结

在全面总结德士古气化炉试运行经验的基础上,进行了优化煤种配比和降低气化操作温度等新尝试。经过一段时间的摸索和考察,肯定了高、低灰熔点煤种的混配可降低入炉煤的灰熔点,保证气流床熔融排渣气化工艺的稳定运行;在低于煤灰熔融温度下进行气化并实施固态排渣工艺是可行和有效的,经十余年的运行,其经济效益明显。     

高钠煤气化过程中的灰化学研究进展

煤气化是发展煤基大宗化学品及清洁燃料的关键技术，也是实现双碳目标的重要途径。准东高钠煤中碱金属钠含量高，气化过程中碱金属钠释放造成严重的灰释放问题，因此，探究准东高钠煤在气化过程中灰沉积、结渣机理及煤灰流动性对准东煤的清洁高效利用具有重要意义。鉴于此，综述了近年来气化过程中高钠煤的灰化学研究最新进展。总结了煤中钠的赋存形态及含量，阐明了气化过程中钠的迁移转化机制及钠释放导致气化炉受热面造成的灰沉积、结渣问题。由于高钠煤中钠释放主要受气化温度的影响，因此成灰温度不宜高于500℃。气化过程中易生成熔点低的含钠矿物质，降低高钠煤煤灰熔融温度。高钠煤中钙、铁含量高时，煤灰中钙长石及钙铝黄长石在高温下生成低温共晶体、Fe²⁺与煤中矿物质反应形成低熔点尖晶石均是加剧煤灰熔融的重要原因。同时，热转化过程中气氛对高钠煤中矿物演化具有一定影响。高钠煤灰的熔融区间窄，熔融速率快，表明高钠煤灰流动性强，由于Na⁺的离子势较低，O^2-被Si⁴⁺夺取，导致桥氧键断裂成非桥氧键，熔渣网格结构解聚，黏度降低，其熔融机理符合“熔融...     

煤灰分及CaCO3对鹤岗煤灰熔融性和黏温特性影响研究

针对鹤岗煤灰熔融性温度高,无法满足德士古水煤浆气化工艺煤灰流动温度(FT)低于1 350℃的要求,以鹤岗龙煤(LM)和鹤翔煤(HM)为研究对象,考察了浮选前后灰分对煤灰组成的影响,分析了助熔剂CaCO_3对煤灰熔融特性和黏温特性的影响。结果表明:随着浮选煤灰分的降低,煤灰中SiO_2含量及ω(SiO_2)/ω(Al_2O_3)降低,煤灰FT升高;CaCO_3的加入可有效降低煤的灰熔融性温度,当CaCO_3加入质量分数为4%时,可使LM和HM煤灰熔融性温度均达到德士古气化炉操作温度的要求;LM和HM煤经过浮选降低灰分后,通过添加一定比例的CaCO_3,可有效调控煤灰的流动性,高温下煤灰渣类型由结晶渣转化为玻璃体渣,适宜的操作温度下液态排渣温度范围较宽,灰渣流动性能够较好地满足气流床气化炉对液态排渣黏度的要求。     

煤气化技术工业应用概况及工艺选择(下)

正1.3气流床气化工艺气流床气化工艺有干法进料和湿法进料2种形式,将煤粉(粒度100μm)或煤浆与气化剂一起由喷嘴高速喷入气化炉,气化炉内气流速率超过颗粒夹带气速,气固并流运动并发生高温燃烧和气化反应(约1 500℃),煤灰呈熔融状排出气化炉。气流床气化的高温、高压、强混合过程有利于提高气化强度,具有生产能力大、碳转化率高、煤气     

水冷壁气化炉熔渣流动的实验研究

水冷壁气流床气化炉的核心思想是"以渣抗渣",因此对熔渣沉积形态与流动规律的研究尤为重要。文中在实验室小型水冷壁气化炉热模装置上,以神府煤气化灰渣、柴油和纯氧气为原料模拟气流床水冷壁气化实验,采用高温内窥镜并结合数字图像处理技术研究了熔渣的沉积、流动过程。实验结果表明:气化炉操作温度高于熔渣临界黏度温度时,渣层表面灰渣处于熔融状态;运动到壁面处的灰渣颗粒主要被熔融渣层吸收;熔渣的流动速度和渣层表面温度有关系,渣层表面温度越高,熔渣流动速度越大。在实验条件下,熔渣层表面速度约为0.002 6—0.003 m/s。     

高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整研究进展

我国高灰熔点煤占煤炭储量的57%左右,直接用于气流床气化时将面临"积灰和堵渣"的问题,探索高灰熔点煤灰熔融特性的调控方法对气流床的稳定运行意义重大。主要分析了助熔剂和配煤对灰熔融温度的影响规律;并从矿物质演变机理的角度综述了助熔剂(Fe2O3,Ca O,Mg O,Na2O,K2O和复合助熔剂)、配煤和软件分析(FactSage软件热力学计算和Gaussian量子化计算)如何分析和实现高灰熔点煤灰熔融特性的可控调整;最后阐述了采用支持向量机进行煤灰熔融温度的预测存在精度高的优势。提出了寻找新型助熔剂以增强灰熔融温度调控的准确性和基于支持向量机模型建立煤灰成分与灰熔融温度的关联式,进而指导和优化气化配煤煤种和比例的选择,为高灰熔点煤的清洁高效利用提供理论支持。     

煤粉掺烧气化细渣的燃烧特性研究

为有效地对气流床煤气化细渣进行资源化利用,研究了高活性神华煤和低活性宁夏煤掺混气化细渣的燃烧特性,探究了煤粉掺烧气化细渣燃烧反应的协同机理.结果表明:煤粉中气化细渣添加量的增加会导致燃烧过程灰渣出现不同程度的熔融现象,表明气化细渣内Ca和Mg等碱金属降低混合样品的灰熔融温度.在非等温及空气气氛的燃烧条件下,宁夏煤粉/气...     

山西煤用于干粉气流床气化的煤质适应性研究

与气化炉匹配的煤质条件会保证气化炉的平稳运行,提高气化炉的气化效率。为提高干粉气流床气化炉的气化效率,本文结合干粉气流床气化用煤的技术要求及煤炭质量分级等相关标准,对山西大同煤田的弱黏煤和沁水煤田的贫煤、无烟煤的煤质特征进行分析评价,开展山西煤用于干粉气流床气化的煤质适应性研究。结果表明:山西地区煤种丰富,其中可气化用煤主要分布在大同煤田和沁水煤田。地处大同煤田的虎龙沟煤、小峪煤和地处沁水煤田的润东煤的灰分较高,干基灰分分别为31. 81%、35. 59%和42. 17%;煤气化时煤中硫主要以H_2S形式存在于煤气中,小部分残存于灰渣中,含硫化合物会腐蚀煤气运输管道,大同煤田金庄煤的全硫含量较高,干基全硫高达2. 10%;从煤炭有害元素含量分级来看,山西气化用煤的氟、氯、砷、汞和磷含量普遍较低,但润东煤的氟含量较高,干基氟含量高达235μg/g,煤炭气化过程中,高温下煤中氟分解为HF及少量Si F4、CF4等进入煤气中,因此有必要在气化前通过分选达到降灰、降硫和降氟的目的。山西气化用煤大多为中高灰熔融性温度煤,润东煤ST为1 340℃,其余煤的ST、FT均大于1 500℃。煤灰黏温特性试验结果表明,灰黏度为25 Pa·s时,虎龙沟煤灰对应的温度为1 445℃,小峪煤、同忻煤和塔山煤灰对应温度分别为1 630、1 645和1 605℃。从灰渣形态看,虎龙沟煤的灰渣形态为玻璃渣,小峪煤、同忻煤和塔山煤的灰渣形态为结晶渣,用于气流床气化时可能导致温度操作区间范围窄,因此建议采用通过添加助熔剂、配煤或分选手段达到改善熔渣渣型的目的。     

基于视密度的煤气化渣水介质旋流炭-灰分离

煤气化利用过程中会产生大量气化渣,造成很大的环境污染,其综合利用势在必行。本文系统分析了煤气化渣不同密度组分的特性,明确了炭-灰分离是煤气化渣分质综合利用的前提与基础,并提出了基于视密度差异的炭-灰分离方法。以水介质旋流器为分选设备,通过单因素试验确定了主要工艺参数对炭-灰分离效果的影响规律,验证了水介质旋流分选对煤气化渣>0.074mm粒级炭-灰分离的可行性。借助Box-Behnken试验设计分析了旋流器锥体角度、底流口直径、溢流管插入筒体深度与产品灰分、产品产率及分选综合效率的定量关系,为煤气化渣炭-灰分离效果的预测及旋流器结构参数的选择提供了数据支持。本文研究内容对实现煤气化渣分质资源化利用具有指导意义。     

Review of the characteristics and graded utilisation of coal gasification slag

The characteristics of the energy structure of rich coal,less oil and less gas,coupling with a high external dependence on oil and natural gas and the emphasis on the efficient and clean utilisation of coal,have brought opportunities for coal chemical industry.However,with the large-scale popularisation of coal gasification technology,the production and resulting storage of coal gasification slag continue to increase,which not only result in serious environmental pollution and a waste of terrestrial resources,but also seriously affect the sustainable development of coal chemical enterprises.Hence,the treatment of coal gasification slag is extremely important.In this paper,the production,composition,morphology,particle size structure and water holding characteristics of coal gasification slag are introduced,and the methods of carbon ash separation of gasification slag,both domestically and abroad,are summarised.In addition,the paper also summarises the research progress on gasification slag in building materials,ecological restoration,residual carbon utilisation and other high-value utilisation,and ultimately puts forward the idea of the comprehensive utilisation of gasification slag.For large-scale consumption to solve the environmental problems of enterprises and achieve high-value utilisation to increase the economic ben-efits of enterprises,it is urgent to zealously design a reasonable and comprehensive utilisation technolo-gies with simple operational processes,strong adaptability and economic benefits.     

新型流化床粉煤多元气化制合成气技术及应用

介绍了灰粘聚循环流化床粉煤气化的原理、工艺流程及工艺特点。该流化床底部设置了灰粘聚分离装置,在炉内形成中心高温区,使炉渣在中心高温区内粘聚成灰球,借助密度差异,有选择地使煤粉与灰球分离,从而降低灰渣的含碳量,提高了煤中碳的转化率。将该技术应用于合成氨生产中,每吨氨可增加综合经济效益295 14元。     

磁性灰粒在不同粒级气化灰渣中的分布特性

以气流床煤气化粗渣和细灰为原料,采用筛分和磁选的方法研究了磁性灰粒在不同粒级气化灰渣中的分布特性。结果表明：随着灰渣粒径的减小,在粗渣和细灰中,磁性灰粒的含量均呈现先升高后降低的趋势,磁性灰粒在粗渣中的含量高于细灰。粗渣中,磁性灰粒在0.5~0.25mm粒级中分布最多,该粒级神宁炉和GSP气化炉粗渣在粒度组成中的占比也最高,质量分数分别为38.42%和37.16%,各个粒级中磁性灰粒产率随粒径减小呈递增趋势;细灰中,磁性灰粒在0.074~0.045mm粒级中分布最多,而细灰粒度组成中的占比最高的却是大于0.25mm粒级,磁性灰粒产率在各个粒级都不高,呈现随粒径减小而升高的规律。气化过程中,磁铁矿会更多地富集在凝结团聚且高度玻璃化的大粒径粗渣中,粗渣和细灰中仍有相当量的含铁物相不显磁性。不同粒级煤气化灰渣中磁性灰粒的分布特性可为气化渣分级分质及高值化利用提供基础数据支撑和应用思路。     

煤气化渣对磷酸根的吸附与解吸性能研究

煤气化渣是煤化工领域的一种固废,其大量排放对自然环境造成很大压力,对其进行资源化利用尤为重要。本研究基于煤气化渣结构特殊、比表面积较大的特点,研究了不同吸附条件对煤气化渣吸附磷酸根的影响,同时研究了煤气化渣对磷酸根的解吸及再吸附特性。结果表明,煤气化渣对磷酸根的吸附符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学反应模型。在pH=7、投料量为2.5 g/L、温度为30 ℃、时间为480 min的条件下,其Langmuir饱和吸附量达到3.998 4 mg/g。此外,煤气化渣对磷酸根还具有较好的解吸效率和再吸附能力。研究表明煤气化渣具有作为磷肥缓释剂的潜力。     

Surface tension measurements of coal ash slags under reducing conditions at elevated pressures

The aim of limiting the amount of CO₂ that is released together with other exhaust gases from power plants can be reached by technologies allowing for a systematic separation of this greenhouse gas. One such technology is the integrated gasification combined cycle power plant which makes use of a coal gasification step. For the gasification involving temperatures far higher than in typical pulverised combustion chambers, ash contained in the fuel is liquefied (slag) and must be removed from the cycle to guarantee safe operation of downstream equipment. To keep the efficiency of the power plant as high as possible, hot gas cleaning facilities are most desirable for this purpose. The design of these installations necessitates knowledge about thermophysical properties of coal ash slags, especially in reducing, pressurised atmospheres. In this work, the surface tension of 15 coal ash slags was measured in argon hydrogen gas of up to 10 bar absolute pressure according to the sessile drop method. Compared to experiments at 1 bar, surface tension values up to 42% lower were found on applying pressure. Additionally, shifts in the melting temperature interval of the ashes due to increased pressure were observed. The surface tension values obtained in pressurised atmospheres ranged from 270 to 490 mN/m with respect to temperature intervals where almost no data scattering occured.     

煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物的制备与性能

煤气化渣与粉煤灰均为煤炭资源利用过程中产生的固体废弃物,可以应用在碱激发领域。从煤气化粗渣的性质入手,采用粉煤灰对煤气化粗渣进行改性,利用碱激发技术制备了煤气化粗渣-粉煤灰基地质聚合物,并对所制备产物的性能进行研究。结果表明,在体系中掺入粉煤灰可以明显改善其力学性能,当粉煤灰掺入量为30%(质量分数)时,样品的28 d抗压强度最高,达到44.5 MPa。此外,通过对样品进行物相分析与微观形貌表征发现,样品的无定形产物主要为N(C)-A-S-H凝胶,它能够结成相互连接的空间网状结构,具有较强的黏结能力,这是样品材料具有较高强度的主要原因。     

煤气化细渣燃烧技术研究进展

简述了煤气化细渣的基础燃烧特性、燃烧动力学和燃烧应用三方面的研究现状，分析表明：煤气化细渣基础燃烧特性较差，难以单独稳定燃烧，与其他燃料掺烧可提高其燃烧性能；煤气化细渣的粒径、掺烧比和种类等因素对其燃烧性能影响较大，应着重加以研究；煤气化细渣燃烧动力学多采用Coats-Redfern积分法进行研究，求解过程简单，但存在准确性相对较低的问题，采用多重扫描速率法等进行相关研究可提高准确性，具有研究价值，但鲜有报道。掺混燃烧是煤气化细渣燃烧应用的主要方式，具有一定的经济和环境效益，但多数会引起一些副作用；单独燃烧是煤气化细渣燃烧应用的另一方式，具有燃烧效率高的优点，但需对燃烧设备进行针对性的设计、开发。最后提出了煤气化细渣燃烧技术今后的研究方向，以期为相关领域科研工作者提供参考。     

煤气化渣综合利用研究进展

我国富煤、贫油、少气的能源结构特点,石油、天然气对外依存度高的实际情况以及对煤炭高效清洁利用的重视赋予了煤化工产业发展的机遇,作为煤化工产业龙头的煤气化技术在中国蓬勃发展。随着煤气化技术的大规模推广,煤气化渣的堆存量及产生量越来越大,造成了严重的环境污染和土地资源浪费,对煤化工企业的可持续发展造成不利影响,煤气化渣处理迫在眉睫。笔者介绍了煤气化渣的产生及其带来的环境问题,煤气化渣的基本特点,综述了国内外煤气化渣在建工建材(骨料、胶凝材料、墙体材料、免烧砖)、土壤水体修复(土壤改良、水体修复)、残碳利用(残碳性质、残碳提质、循环掺烧)、高值化利用(催化剂载体、橡塑填料、陶瓷材料、硅基材料)等方面的研究进展,提出了煤气化渣综合利用思路。煤气化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、C组成,气化细渣残碳含量较气化粗渣高,煤气化渣的主要矿相为非晶态铝硅酸盐,夹杂着石英、方解石等晶相,富含硅、铝、碳资源的化学组成特点和特殊的矿相构成是煤气化渣回收利用的基础。目前煤气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材、生态治理等方面,但因其碳含量高、杂质含量高等特点,导致建工建材掺量低、品质不稳定,生态治理二次污染严重等问题,经济和环境效益差。在资源化利用方面,结合煤气化渣资源特点,目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注,虽然经济效益相对显著,但均处于实验室研究或扩试试验阶段,主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控、下游市场小等问题,无法实现规模化利用。为了提高企业经济效益,同时解决企业环保难题,结合煤气化渣堆存量大、产生量大、处理迫切的现状以及富含铝、硅、碳资源的特殊属性,建议煤气化渣的综合利用思路为"规模化消纳解决企业环保问题为主+高值化利用增加企业经济效益为辅"。开发过程简单、适应性强、具有一定经济效益的煤气化渣综合利用技术路线,是目前煤气化渣利用的有效途径和迫切需求。