煤气化细渣脱灰提碳技术研究进展

分析了煤气化渣的组成和形貌,针对气化细渣中碳资源的特点综述了其用作燃料、吸附材料、工业材料、催化剂材料的现状。讨论了气化细渣脱灰提碳技术的分类和原理,总结了近些年相关技术的研究现状及进展。目前物理法脱灰提碳主要采用浮选法和重力分选法,两种方法各有特点,但都存在脱灰效率不高的问题;化学法采用酸碱洗的方式处理气化细渣,炭灰分离效果较好,但此过程会消耗大量的酸碱试剂。未来,应进一步探究气化细渣炭灰分离的机理及特点,开发合理且经济的脱灰提碳分离技术;同时,应加强耦合物理法和化学法的组合工艺的开发。     

煤气化渣残碳的分离及应用研究进展

煤气化渣是煤气化产生的固体废渣,主要包括残碳和无机矿物质(SiO₂,CaO,Al₂O₃等),煤气化渣的高效处置和高值化利用具有重要社会和经济意义。残碳含碳量高,不仅具有相对完整的孔隙结构和较大的比表面积,还具有一定的电催化活性。因此,实现煤气化渣中残碳的高效分离与高值化利用,既是对固废处置与环境保护的积极响应,也是二次资源有效回收与深度利用的重要体现。总结煤气化渣在建筑、土壤改性、锅炉掺烧和高附加值材料制备领域的研究进展,重点分析残碳的分离和高附加值利用;简要总结残碳的化学组成和表面特征,对比粗渣和细渣残碳的反应活性差异;归纳浮选、电选和重选在残碳分离领域的研究进展。相比传统浮选对单一药剂、工艺流程和设备的研究,新型药剂和联合设备的研究显著提高了残碳分离的选择性,但浮选药剂使用量大的问题仍是目前研究重点。残碳因其独特的组成特征和表面性质,在吸附、电磁吸收和电化学方面展现出优良的性能。因此,对残碳的深度脱灰、表面改性、复合应用,不仅有望提升残碳基材料的性能和应用领域,也具有长远的研究开发和应用前景。     

煤气化细渣资源化利用途径及发展趋势

介绍了煤气化细渣资源化利用的研究进展,主要有用于建筑领域、掺烧利用、制备新型改性材料、改良土壤、分选利用。从煤气化细渣的性质出发,概括了煤气化细渣利用途径和发展趋势,重点关注煤气化细渣的处置方式和减少煤气化细渣产生的方法,指出了煤气化细渣利用目前遇到的困境,分析煤气化细渣利用的可行性,并对煤气化细渣的利用趋势进行了展望。     

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。     

西北地区气流床煤气化细灰理化特性研究

气化细灰是气流床气化炉的出口粗煤气经过洗涤后黑水沉淀得到的产物,是一种煤基固体废弃物,尚无大规模资源化处置方案。为了开发气化细灰高效脱碳技术,利用激光粒度仪、元素分析仪、扫描电子显微镜及能谱仪、X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、BET比表面积分析仪、热重分析仪等分析设备针对我国西北地区3种气流床煤气化细灰(DSG、HL、SH)的化学成分、粒径、微观形貌、孔隙结构、熔融特性和燃烧特性进行分析。结果表明:气化细灰水分较高均在40%以上,热值均低于10 MJ/kg,挥发分低,且孔隙结构差,表面存在熔融渣层。较差的孔隙结构阻碍未燃碳与氧气接触,制约了气化细灰的脱碳反应。热重分析中DSG、HL、SH的失重率分别为13%、29%和17%,相比3种气化细灰中原本的残碳16%、37%和48%,DSG气化细灰残碳消耗81%,HL气化细灰残碳消耗78%,SH气化细灰残碳消耗35%。氧气浓度由21%升至30%,一定程度上提高了气化细灰反应活性。目前常规的燃烧脱碳技术无法实现气流床煤气化细灰的高效脱碳,因此需开发新型的燃烧脱碳技术,为气化细灰的资源化利用提供支撑。     

煤气化装置煤粉气化炉细灰脱水技术探讨

随着气化技术的不断发展及环保要求的不断提高,气化装置气化灰水处理的效果关系到煤化工装置的平稳运行.根据试验研究得到的气化灰特点,比较了几种常用的过滤设备,并介绍了它们在实际运行中的效果和存在问题,有针对性地提出选型意见,为气化装置的平稳运行提供保障.     

煤气化细渣组分分析及其综合利用探讨

针对神华宁夏煤业集团有限责任公司煤化工生产的实际情况,分析了德士古、四喷嘴对置式、GSP3种煤气化炉细渣的钙、镁、铝、铁等氧化物组分含量及烧失量,结合粉煤灰综合利用国家标准及行业标准,对煤气化细渣用于水泥、混凝土等建材及道路路基掺混料等进行了可行性分析,提出了煤气化细渣掺烧利用和分选利用的建议。     

离心机在煤气化灰水细渣干燥处理中的应用实践

榆能化一期煤气化装置细渣干燥处理采用传统的真空带式过滤机工艺,二期采用卧式离心机工艺,介绍了两种工艺的流程,重点分析了离心机工艺系统的主要结构和运行情况,详细对比了两种工艺的主要技术参数和运行情况。结果表明,两种工艺都能够满足装置运行要求,离心机工艺较传统真空带式过滤机工艺占地小、操作维护容易、配套设备少、环境友好。     

煤气化细渣及其分离后富碳组分的气化反应性

随着气流床煤气化技术在我国煤化工产业的广泛应用,煤气化后生成的气化细渣排放量逐年增加,目前气化细渣的资源化利用已成为煤化工固废治理的难题之一。选取不同碳含量的气化细渣及其分离后富碳组分为研究对象,解析了其组成、孔隙结构和微观形貌等结构参数,基于热重分析仪探究了其在CO₂气氛下的气化反应性,并采用等转化率法分析了气化反应动力学,揭示了煤气化细渣及其富碳组分结构特性与其气化反应性的内在关联。结果表明：孔隙结构是影响气化细渣及其富碳组分气化反应性的关键因素,孔结构发达的样品具有更高的气化反应性。随气化过程升温速率升高,气化细渣及其富碳组分的气化反应区间均向高温偏移。此外,具有相对较高固定碳含量的气化细渣、富碳组分气化反应活化能随转化率升高而降低,而样品本身高灰分气化细渣、富碳组分的气化反应活化能随转化率的增大而升高。研究结果为气化细渣及其分离后富碳组分的资源化利用提供理论指导。     

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。     

煤气化细渣预热脱碳工艺燃烧特性研究

煤化工气化工艺会产生大量气化细渣,其含碳量高、烧失量大,不符合建筑掺混原料国家标准和行业标准,产量巨大的气化细渣因缺乏有效的规模化消纳方式,成为现阶段制约煤化工企业可持续发展的重要因素。通过对一种低挥发分低热值燃料恒温预热-脱碳装置的预热脱碳工艺进行机理研究,利用热重试验平台进行恒温热重试验,对低挥发分、低热值燃料恒温预热-脱碳装置内部燃烧过程进行模拟,以对比分析不同预热温度、不同燃烧气氛下粒径分级气化细渣的燃烧特性。研究发现,通入氧气后,气化细渣样品迅速发生氧化反应,900℃、10%O_2下燃尽时间在6.6～9.4 min, 900℃、21%O_2下燃尽时间在3.7～5.6 min,因此在保证NO_x排放量在规定范围的条件下,可适当提高窑内燃烧区氧浓度以缩短燃尽时间。随预热温度的升高,同粒度分级的气化细渣样品的平均质量变化速率增大,燃尽时间缩短,预热温度的提高可改善气化细渣的燃尽特性,在设备安全运行下可适当提高燃烧区温度以更快燃尽。不同燃烧气氛、不同预热温度下,随气化细渣粒度增大,失重量增大,燃尽时间延长,平均质量变化速率递减,该"预热-脱碳装置"可根据物料粒度合理调整物料停留时间实现充分燃尽。     

煤气化细渣浮选脱碳试验研究

煤气化细渣是煤炭气化过程中产生的固体废弃物,目前主要通过填埋方式处理,但由于其含碳量较高,仍具有一定的利用价值,碳灰分离是实现其减量化、资源化利用的关键。以榆林地区煤气化细渣为研究对象,采用浮选方法进行脱碳试验,在基本特性分析的基础上,研究不同浮选条件及工艺对分选效果的影响,当柴油用量14 kg/t、仲辛醇用量14 kg/t时,经一次分选,精矿产品灰分为37.88%,尾矿产品灰分为51.65%,可燃体回收率51.99%;采用一粗一精一扫浮选工艺流程,粗选柴油用量14 kg/t、扫选柴油用量7 kg/t时,可得精矿灰分18.87%、产率20.30%的产品,最终计算精矿产率为41.76%,灰分27.92%,可燃体回收率55.08%。通过一粗一精一扫浮选工艺流程,该煤气化细渣中的碳灰得到较好的分选分离,但整体浮选药剂消耗过高,且粗选过程细粒物料更易上浮成为精矿产品,扫选过程继续添加药剂后才能使粗颗粒物料有效上浮,导致出现扫选精矿比精选精矿灰分更低的现象。对该煤气化细渣样品进行表面形貌、孔隙结构、表面官能团分析以及小浮沉试验,表明样品比表面积大、孔隙结构发达,易吸附大量药剂,导致浮选药剂消耗过大,经济性差。     

煤气化渣特性分析及资源化利用研究进展

我国能源结构特点为富煤、贫油、少气,煤化工行业发展充满机遇和挑战。煤气化技术是现代煤化工的前端支柱,是实现煤炭清洁、高效、绿色、低碳利用的有效途径,具有重要的国家战略意义。煤气化技术规模化应用产生的大量固体废弃物(煤气化渣)的处置,是煤化工基地当前迫切需要解决的问题。分别从国内具代表性煤化工基地的气化灰渣粒度组成、矿物构成、微观形貌、表面性质和持水特性等理化性质入手,对比分析不同炉型、产地、气化工艺等条件下的灰渣特点。灰渣物性特点的差异化与气化工艺、炉型、煤种等因素均相关。灰渣主要组分为硅铝矿物等,其中粗渣粒度普遍偏大;细渣残炭质量分数一般在20%左右,且其表面含氧官能团丰富。此外,细渣因其孔隙率高,含水率较高。基于气化灰渣理化性质,系统归纳了目前报道的气化灰渣提质方法,提出炭-灰分离是实现气化灰渣减量化与资源化利用的重要前提。从高效回收微细粒矿物角度考虑,浮选是最合适的炭-灰分离方法,但由于残炭发达的孔隙结构与含氧亲水性基团的存在导致可浮性差,目前生产成本较高;从降低生产成本、提高处理量角度考虑,重力分选方法是首选,但存在分选下限高的问题;而磁力分选则对铁磁性矿物含量高的灰渣更具有针...     

煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究

本文主要在对煤气化反应动力学研究的基础上,针对动力学模型构建,渣中残碳反应活性进行了分析,并且通过实验分析探讨了测定方法以及数据处理和数据分析的方法。     

煤气化细渣陶瓷膜真空脱水试验与数值模拟

气化细渣是煤炭气化过程的废弃物,高效脱水是其资源化利用、减量化处置的必要前提。本文采用陶瓷膜真空过滤系统开展了脱水实验并对脱水过程进行了数值模拟。气化细渣料浆浓度和液下吸附时间影响滤饼厚度且滤饼厚度增加导致水分运移路径增长,使得有效脱水时间增加;滤饼脱水过程的脱水速率值呈现非线性降低趋势且滤饼水分极限值为40%,这与气化细渣物化性质有关;真空度>0.08MPa时气化细渣滤饼中“通道水”能够在约24s有效脱除。Fluent数值模拟过程选用了欧拉模型并确定了陶瓷膜滤板和气化细渣滤饼的阻力系数,脱水过程的实验值与模拟结果误差小于5%,证实了模型可靠性。模拟过程分析了气化细渣脱水过程中压力场和水分含量分布云图的演变规律,结果表明,增加脱水系统真空度、降低滤饼厚度、提高“通道水”比例以及增大气化细渣颗粒等效当量直径能够提高气化细渣脱水效率。此外,陶瓷膜真空脱水过程所得滤液洁净度高且部分指标达到了工业用水的标准。     

湿含量对气流床煤气化细灰黏附特性的影响

首先对气流床煤气化细灰的形成过程和黏附机理进行简要分析,并从物理性质、化学组成两方面分析气流床煤气化细灰黏附特性常见影响因素,然后从物料选择、细灰黏附力测量方法两方面设计湿含量对气流床煤气化细灰黏附特性的影响试验,最后根据试验结果讨论湿含量与气流床煤气化细灰黏附特性的关系。     

少量KOH制备煤气化细渣基吸附材料的研究

我国富煤、贫油气的能源结构决定了我国对煤炭高效利用及转化的重视,赋予了煤化工产业发展的机会,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,煤气化灰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,各高校、研究院都在积极探索解决方式;但普遍存在难以工业化或成本较高的问题。本研究在考虑到可工业化推广的工艺条件下,以煤气化灰渣为原料,少量KOH为活化剂在高温下制备了碳硅复合材料,探索了不同活化剂及活化温度、时间、活化剂添加量对吸附材料的性能影响。实验结果显示：碱活化气化灰渣工艺,影响主次因素为时间>温度>碱添加比例,最佳条件为温度700℃、120 min、10%KOH添加量;在此条件下制备产品碘吸附值达341 mg/g。     

湿含量对气流床煤气化细灰粘附特性的影响研究

选取水煤浆和粉煤气流床气化工业装置生成的典型细灰,定量考察湿含量变化对其粘附特性的影响规律。结果表明,内聚力可有效表征细灰粘附能力;对于较小粒度细灰,在约40%湿含量时内聚力出现极大值,而对于较大粒度细灰,受粒度分布、颗粒孔隙及形状等影响,在试验范围内内聚力随湿含量增加而始终上升。研究结果对于认识和控制煤气化生成细灰的团聚、粘附具有良好参考价值。     

煤气化渣资源化利用

煤气化技术作为清洁利用技术得到迅速发展,但同时产生大量的煤气化渣。本文从煤气化渣的来源及危害、煤气化渣的基本性质、煤气化渣制备材料（介孔材料、活性炭、复合材料）和煤气化渣的应用（废气废水处理、建工建材、农业） 4个方面进行概述总结,对存在的问题、应用前景分别进行了分析和展望。文中指出：煤气化渣含碳量高、铝硅资源丰富、比表面积较大、孔隙结构比较发达,可用于制备高值化产品,但制备过程中所产生的废液需要进行处理与处置,剩余的含铝、硅和碳残渣也需要进行回收利用。煤气化渣的研究虽然取得了良好的效果,但大都处于实验室研究阶段或试验推广阶段,无法实现规模化利用。建议开发工艺简单、可行性强且具有经济效益的煤气化渣资源化利用技术,在分级利用的基础上实现铝、硅、碳资源的协同利用;在全利用的基础上实现其规模化利用。