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。     

“气化细灰综合利用”技术及效益分析

本文介绍了四喷嘴水煤浆工艺气化工段产生的滤饼新的利用方式,从工艺、设备、经济效益方面做了阐述。该工艺在化肥行业的成功应用,有利于化肥行业节能减排目标的完成,同时降低了企业的成本。     

煤与生物质共热解的TGA-FTIR研究

利用热重分析仪和傅里叶红外光谱仪对煤与木屑混合物在惰性气氛中进行了共热解研究,考察煤阶及煤与生物质掺混比例对热解过程的影响.结果表明,煤与木屑共热解特性并不是单独煤和单独木屑热解特性的简单叠加;高阶煤与生物质共热解更有利于协同反应的发生.通过对红外吸收光谱的分析发现,木屑与不同煤化程度煤共热解析出气体的成分和含量也不同,说明煤阶对煤与生物质共热解的气态产物有明显影响,也从侧面揭示了混合物热解过程中煤与木屑之间发生了相互作用.     

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.     

气流床气化细灰燃烧特性及再利用探讨

针对气流床气化细灰的理化特性及常规锅炉掺烧方式无法有效利用气化细灰中的残炭的技术现状,中国科学院工程热物理研究所研发的气化残炭燃烧技术可作为气化细灰燃烧再利用的技术,该技术中试试验可将气化细粉灰含碳量从约40%降至0.88%,燃烧效率达到98.6%,工业规模燃烧效率达到99.18%;使用该技术处理气化细灰制取的蒸汽成本为55.08元/t,经济效益可达1 575.6万元/a。     

聚乙烯与过渡金属介入对木质素热解过程中表面官能团演变的影响

木质素(LG)含氧量高,化学结构复杂,难于资源化利用。共混剂和催化剂的介入,能够强化LG分解,有效提高其利用效率,但具体机制尚待进一步剖析。本文基于原位红外手段,考察低密度聚乙烯(PE)和过渡金属(Ni、Fe、Mn)的添加对造纸黑液LG表面官能团演变的影响。研究结果显示,LG在200℃左右从C—C连接键开始逐渐分解(波数在2044 cm^-1处),而含氧表面官能团在500℃以后才开始减少(波数在1040～1645 cm^-1和3450～3600 cm^-1处的—OH、C—O、C—O—C和C＝O等)。PE的介入,在400℃左右即能开始促进LG含氧表面官能团的脱除,在500℃左右即能实现大部分含氧表面官能团的脱除。而Ni的添加,能够强化LG与PE之间的相互作用,使得LG中大部分含氧表面官能团在PE快速分解阶段(460℃左右)即脱除。另外,工艺参数,包括过渡金属种类、过渡金属浓度、LG与PE混合比例、升温速率等均对混合体系中LG和PE的相互作用存在不同程度的影响。本文从表面官能团变化的角度为LG的资源化利用提供了重要技术指导。     

页岩灰对油页岩热解特性的影响

以吉林桦甸-公郎头四层油页岩为原料,以掺混SiO2的油页岩为对比样品,利用热重-红外联用仪考察了页岩灰对油页岩热解特性的影响,通过分析热解固相产物组成变化对热解失重及产物析出规律进行了研究. 结果表明,页岩灰对油页岩中的有机质和矿物质失重过程均有促进作用,当页岩灰或SiO2含量为83%时,在300~600, 600~750, 750~900℃三个加热温度区间内,掺混页岩灰样品比掺混SiO2样品的失重率分别提高1.92%, 3.39%和18.99%. 低温段有机质热解过程中CO2先于脂肪烃热解析出,且750℃后CO2析出峰仅出现在掺混页岩灰的样品中,应为油页岩中难分解的碳酸盐在页岩灰作用下加速分解及页岩灰中CaSO4与残炭反应共同作用所致.     

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。     

低阶煤显微组分对混煤热解过程含氧官能团析出及转移规律的影响

采用化学滴定法,结合傅里叶红外分析,研究低阶煤显微组分对混煤含氧官能团析出及转移规律的影响,分析低阶煤镜质组分和惰质组分对混煤含氧官能团交互作用及析出转移规律的影响. 结果表明,混煤中酚、醇、醚、酯的C-O含氧官能团在热解温度达600℃时脱除达到基本稳定;400~600℃析氧率逐渐增加,之后稳定在30%左右,700℃后氧析出完全. 加入低阶煤使混煤热解过程中氢流失少于氧流失,有利于提高胶质体质量.     

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。     

Distribution of volatile sulphur containing products during fixed bed pyrolysis and gasification of coals

Three sub-bituminous and two bituminous coals from Western Canada were used to study the evolution of H₂S, COS and SO₂ during the pyrolysis and gasification processes in a fixed bed reactor. For all types of coals, most of H₂S and SO₂ were released during the devolatilization stage. COS was formed only during the gasification stage in the presence of CO₂. The mineral matter of coal may have played a role during the gasification stage. Some observations made during this latter stage in CO₂ and/or steam were interpreted in terms of the equilibrium effects.     

低阶粉煤热解-气化一体化装置构想

为了实现《煤炭深加工产业示范"十三五"规划》中指出的研发清洁高效的低阶煤热解技术、攻克粉煤热解等关键技术及开发热解-气化一体化技术目标,通过阐述煤的热解和气化反应原理及目前普遍存在的热解、气化分产现实,提出了以分质产品、物料互给、热能循环、积木组合、塔状结构等为理念的一体化技术路线,并构想了一种双塔结构的低阶粉煤低温热解-气化一体化装置,介绍了该构想的理论基础、工艺流程、部件结构和主副塔组合方案。该构想装置可以将低阶粉煤分质生产出热解水蒸气、低温热解煤气、气化煤气、半焦等产品,为煤炭梯级延伸加工提供条件。     

Fate of aliphatic groups in low-rank coals during extraction and pyrolysis processes

Information on the nature of aliphatic groups in some bituminous coals and lignites was obtained by determining their fate during extraction and pyrolysis processes of differing severity. Aromatics (neutral oils) and asphaltenes from supercritical gas and hydrogen-donor solvent extracts and from pyrolysis and hydropyrolysis tars have been characterized by an n.m.r.-based structural analysis method which identifies hydroaromatic, methyl and long alkyl (?C₈) groups. The results indicate that methyl and other alkyls account for about half of the aliphatic carbon, long alkyl chains being the major aliphatic group in the lignites. There is evidence to suggest that some of the long alkyl chains are joined to aromatic structures. Hydroaromatic groups are small consisting of only 1–2 rings and account for less of the aliphatic carbon in bituminous coals than previously thought. Their concentrations and those of long alkyl chains in the aromatics and asphaltenes generally decrease with increasing process severity.     

不同沉积环境下煤的热解与气化特性

采用煤热解.气化连续方法,在TG-DTA/DSC热分析仪器上对煤化程度接近但沉积环境不同的5种煤的热解与气化特性进行研究,运用Coats-Redfem积分法求解煤热解动力学参数.研究结果表明:5种煤的热解机制是相似的,反应级数n=3;还原程度较弱的SH与SF煤,热解表观活化能在43-54 kJ/mol,而还原程度较强的...     

灰分在印染污泥热解气化中的协同催化机理

印染污泥中含有大量的金属基组分。选取其中的主要金属氧化物组分,分别进行单组分与多组分添加开展催化热解实验,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、热解-气质联用、热质联用分析手段,研究金属基组分对印染污泥的催化热解效应,探索了各金属基组分在热解过程中的协同催化作用机理。结果表明,不同金属基化合物在热解过程中显示了不同的催化热解温度区间和催化性能,对热解的催化协同效应是Fe₂O₃、ZnO、CaO和Na₂CO₃四种组分共同作用的效果。协同作用可以分为两个阶段：250~500℃为主热解区,各金属基组分都发挥着催化剂的作用,促进大分子化合物的裂解;在600℃之后的高温热解区间,Fe₂O₃等组分可与原料中的碳成分发生还原反应,造成热重曲线明显失重峰,进一步提升残渣的裂解特性。     

等离子体煤热解与气化工艺的研究进展

介绍了煤在热等离子体中转化为小分子化合物的2个重要过程,即等离子体煤热解和气化的基本原理、应用及发展状况。在非氧化性气氛中,煤热解生成的气体产物主要是乙炔、氢气、一氧化碳,此外还有甲烷和乙烯等小分子烃,乙炔的收率与煤种、粉煤粒度、反应器结构、粉煤进料方式、进料速度及操作条件密切相关,等离子体中氢的存在有利于乙炔的产生;在氧化性气氛中,煤气化产物主要是一氧化碳和氢气,煤中碳的转化率达95%,合成气体积分数约85%,二氧化碳体积分数低于5%。指出等离子体应用于煤转化过程是煤洁净利用的有效方式,具有潜在的工业化应用前景。     

城市生活垃圾热解气化技术研究进展

从城市生活垃圾热转化方式的比较入手,简要阐明了热解气化过程,讨论了各类热解气化反应器的优缺点,概述了城市生活垃圾热解、气化实验研究进展以及热解气化技术中试及应用情况。通过比较各类实验研究,明确了热解温度、加热速率对热解产物产量及产物分布的影响,气化温度、氧气当量比(RO)对含氧气化反应的影响,气化温度、水蒸气与城市生活垃圾质量比(S/M)对水蒸气气化反应的影响。指出了城市生活垃圾热解气化实验研究热点在于优化控制参数,提高反应速率,促进目标产物高值化,抑制其它产物及污染物的生成,以及城市生活垃圾热解气化技术的发展方向。     

褐煤经四氢化萘处理后的结构及热解-气化特性分析

在小型反应釜上采用非极性有机溶剂四氢化萘(tetrahydronaphthalene, THN)对内蒙古锡林郭勒褐煤进行脱水,获取了不同温度下的脱水试样,运用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)分析技术对比研究了在不同脱水温度下煤样中有机官能团的变化,通过FT-IR谱图的分峰拟合计算,对脱水煤样的化学结构变化特征进行半定量分析,并结合热重(thermal gravity analysis/differential thermal gravity,TG/DTG)和实验室固定床反应器(fixed bed reactor)考察了不同脱水温度下煤样的热解气化特性和热解气相产物分布规律,并对脱水煤样在最大失重速率区间的动力学参数进行了计算。试验结果显示:四氢化萘溶剂对褐煤的脱水提质是有效的,150~200℃时C O开始分解,而此时芳香环上的C C仍然相对稳定。随着脱水温度的升高,芳香类氢含量先减小后增大,脂肪类氢含量先增大后减小,芳香度和芳香碳在脱水温度范围内逐渐增大。煤样的脱水温度升高,热解气相产物H₂、CH₄、CO累积产率增大,CO₂累积产率减小;脱水煤样热解活化能随着脱水温度的升高而升高,进而导致脱水温度较高煤样热解失重率降低。     

CO2 gasification of wood charcoals derived from vacuum and atmospheric pyrolysis

The gasification of biomass derived char obtained via vacuum and atmospheric pyrolysis of Populus tremuloides has been studied in the ranges of 725–960°C and 0.1 to 6 MPa. CO₂ was used as the oxidizing gas. The results show that char reactivity is influenced by the preheating rates and that pressure effects are significant between 850°C and 950°C. A correlation based on the expression: df/dt = k₀{exp(-E/RT)}(1 - f)^af^βP^yCO₂ was used to fit the experimental data. In general, vacuum pyrolysis derived char showed a higher reactivity than atmospheric pyrolysis chars. An explanation based on a higher oxygen content of the vacuum pyrolysis char is suggested.