水煤浆加压气化中试用煤样灰渣粘温特性的测试

本文考察了水煤浆加压气化中试用煤的灰渣粘温特性;探讨了添加助熔剂对灰渣粘温特性的影响。结果表明:为使气化炉排渣顺利,铜川焦坪煤、铜川陈家山煤的操作温度维持在1420℃左右为宜,而山东七五煤应为1500℃左右,山东七五煤添加适量石灰石可降低灰渣的粘度,当添加量为灰量的20％时,气化炉操作温度可降低到与铜川煤大致相同的操作水平。     

污水处理污泥掺配水煤浆气化重金属迁移研究及灰渣排放评价

以典型炼油企业污水车间产出的污泥及气化灰渣为研究对象,对其组成进行分析,对掺配油泥水煤浆气化灰渣的排放进行安全性评价,并对煤及油泥中含有的重金属元素在气化处置过程中的转移规律进行了研究。结果表明,掺配5%污泥水煤浆的灰渣其灰分组成基本不变,重金属含量符合排放标准。油泥及煤中的重金属在气化过程中主要迁移至细灰及粗渣中,通过气化炉高温气化反应,可实现重金属的固化。油泥掺配水煤浆气化处置,对灰渣排放无影响,能够实现对油泥的资源化利用及无害化处理。     

煤的成分对Shell煤气化工艺操作的影响分析

河南龙宇煤化工有限公司的气化装置使用的是先进的粉煤加压Shell气化炉,其采用以煤粉为原料、液态形式排渣、气流床加压气化的工艺技术。虽然Shell气化炉对煤种适应性较广,对高灰分与高灰熔点(1 500℃)的煤种都能很好地气化,但长期运行实践表明,煤种的变化对Shell气化炉的稳定、经济运行存在不同程度的制约,特别是煤的灰分含量、灰熔融性、灰渣黏温特性、水分、灰分、元素含量、发热量等,其指标的高低对Shell气化炉的运行影响较大,只有通过配煤,找出适合气化炉的煤种,才能保证长周期、稳定运行。     

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。     

鲁奇炉加压气化工艺影响因素分析

鲁奇加压气化工艺是以长焰煤为原料,水煤汽和工业氧气为气化剂生产粗煤气。在气化炉中,根据原料的反应情况可分为灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层5个层。氧化层和还原层统称为气化区,是气化反应的主体。根据反应进程,还原层又分为第一还原层和第二还原层。在气化炉中,沿床层高度煤和煤气的温度是变化的。气化炉工况较好时,氧单位负荷高,煤气出口温度和灰区温度较低,且波动较小。炉温中间高,两头低,汽氧比小。灰渣中碳量少,灰渣粒度大而均匀。生产工艺的影响因素有以下几个方面。     

原料煤中灰分过高对水煤浆气化生产造成的影响及对策

以某大型煤制甲醇装置中水煤浆气化在实际生产中遇到的原料煤炭中灰分过高,对气化炉的运行及附属设备造成的不利影响为例,分析了原料煤中灰分过高产生大量灰渣、废水及停开车次数增加、烧嘴的频繁冲刷损坏等产生的原因,提出了稳定原料结构,从源头控制煤炭质量,有利于水煤浆气化系统的稳定、经济运行的对策。     

粘温特性差的原煤在航天炉中的应用探索

介绍了灰渣粘温特性对液态排渣气化炉装置运行的影响,并利用灰渣粘温特性差的原煤在航天粉煤加压气化中进行了生产应用探索。实践结果表明,航天炉能够气化灰渣粘温特性差的原煤,并实现气化装置的长周期稳定运行。     

加压粉煤流化床气化技术试验研究

一套日处理５ｔ煤的加压流化床粉煤气化技术试验装置建成并投入试验运行。进行了５种原料的气化试验。试验采用螺旋和喷嘴两种加料方式。气化炉内的灰团聚与灰选择性分离技术相结合使气化灰渣含灰达９０％,煤气冷凝液中无焦油类物质。气化炉产生的煤气供低热值煤气燃烧试验和燃气轮机叶片磨蚀试验之用。介绍了加压流化床气化的工艺试验内容,煤种试验结果及环境特性数据。连续运行试验基本验证了该加压流化床气化系统的工艺可行性、     

新疆高碱煤四喷嘴气化炉结渣特性研究

针对新疆高碱煤为气化原料造成气化炉堵渣的问题,以四喷嘴气化炉实际运行过程中产生的渣块为研究对象,采用扫描电子显微镜结合X射线电子能谱(SEM-EDX)、X射线荧光光谱(XRF)和灰熔点测试仪等分析了灰渣物化及矿物学特性。对新疆北山煤和牧场煤以及2种煤的混煤进行气化试验,考察了煤中矿物质高温演变行为规律。结果表明,新疆煤中矿物质具有不均一性,在高温热转化过程中,矿物质相互作用发生一系列复杂的物理化学反应,导致形成的矿物质灰渣具有多样性。采用新疆煤为气化原料时,大量灰渣在气化炉渣口处积累,形成了层状灰渣,主要由Na、Ca、Mg和Fe的硅酸盐或硅铝酸盐共熔物和Na-Al-Si-O构成。新疆煤气化后不同形态灰渣中Na含量差别较大,Na含量差异导致矿物质灰渣的黏温特性及固化温度不同。通过热力学模拟发现,Na-Si-O体系中其初始液相形成温度仅为800℃左右,随着Na_2O含量升高,其初始液相形成温度基本保持不变;混入一定量Al_2Si_2O_7后,其液相初始形成温度迅速升高至1 050℃左右。矿物质高温下发生熔融形成组分复杂的共熔物,随温度降低液态灰渣中具有高熔点的矿物质体系将结晶形成晶核,晶核迅速生长形成结晶颗粒而析出。在高温热转化过程,煤中活性Na可与石英黏土类矿物质发生反应生成低熔点的NaAlSiO_4;而Ca、Mg和Fe等与酸性矿物质反应生成具有高熔点的硅铝酸盐矿物质,在降温过程中首先从熔渣中析出,导致堵渣的发生。通过选取或调配煤种的熔渣黏温特性和灰熔融温度与气化运行参数一致可预防煤灰结渣发生。     

煤气化灰渣中残炭对灰渣流动性影响的研究进展

煤气化是以煤或煤焦为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作为气化剂,在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的有机质转化为气体燃料或下游原料的过程。液态排渣气化炉气化过程中,煤中有机质转化为合成气,矿物质经过烧结、熔融逐渐转化为固体的灰后进一步转化为液态的熔渣。由于煤中有机质在气化过程中不能达到完全转化,导致气化灰渣中含有未反应的煤焦颗粒,形成气化灰渣中的残炭。残炭的存在不仅降低了煤气化过程的碳转化率,还对灰渣的流动性有重要影响。综述了近年来关于液态排渣气化炉灰渣中残炭形成机理及对灰渣流动性研究的最新研究进展,首先对灰渣中残炭的形成原因进行分析,发现煤种和气化操作条件是影响灰渣中残炭含量的主要因素,而未反应煤焦和熔渣的相互作用决定了残炭在灰渣中的赋存状态,但为了优化操作条件,降低气化灰渣中残炭含量,需进一步研究气化条件和灰渣组成等因素对于焦渣相互作用的影响。通过浮选以及酸洗方法提取了灰渣中的残炭,并对其进行性质表征,发现由于灰渣中的残炭经历了较高的温度区间和较长的停留时间,相对于低温煤焦其挥发分较少,孔隙丰富,石墨化程度较高,反应性较差。作为灰渣中重要组成,残炭的存在显著提高了煤灰的熔融温度。残炭的石墨化程度以及煤灰化学组成(SiO2/Al2O3、Fe2O3含量)等因素对于含炭煤灰的熔融性影响较大,残炭的存在导致FeSi、Si C和Fe等难熔矿物质的生成。降温过程中残炭促进了熔渣中矿物质的结晶,提高了熔渣的黏度,但残炭还原单质铁的速率以及对不同熔渣中矿物质结晶行为的影响机理欠缺系统性研究。此外,残炭和灰渣中含硅和含铁矿物质发生碳热反应,反应物的组成与产物的扩散对碳热反应温度及速率有重要影响,但需深入研究不同气化条件下碳热反应的动力学。     

煤气化化学与技术进展

阐述了煤气化化学及气化过程,说明煤气化过程主要包括煤的热裂解、部分氧化燃烧、炭的气化、炉渣的生成和排出4个转化步骤。论述了固定床气化技术、流化床气化技术、气流床气化技术3种煤气化技术的工艺、设备、优缺点和适用范围。从煤灰液渣对耐火衬里的腐蚀机理、煤灰化学组成、灰熔融性和灰熔融温度、液渣黏度四方面分析了气流床灰/渣特性。最后阐述了美国煤气化技术进展及发展方向,提出应重点开展IGCC煤气化、低阶煤(褐煤和次烟煤)气化技术研究,开展以提高气化炉可靠性、气化效率和煤种适应性为目标的气化炉优化研究,控制多种污染物排放至极低水平的合成气净化技术研究,低成本高效率的O2分离技术及H2和CO2的分离技术研究等。     

添加剂对催化气化工艺中煤灰结渣性及气化性能影响研究

煤催化气化工艺中碱金属催化剂的引入加剧了气化炉的结渣，直接影响了流化床气化炉的正常操作。煤灰的烧结特性是流化床气化炉结渣的主要影响因素之一。通过自制的压差法烧结温度测定实验装置，并结合XRD 等分析表征及Factsage热力学软件模拟计算，考察了不同添加剂对煤灰烧结特性及气化性能的影响，并从矿物学角度探讨了添加剂对煤灰结渣特性及气化工艺的影响。结果表明，添加硅铝系添加剂可提高煤灰的烧结温度；相比硅系添加剂，添加高铝系添加剂对改善煤灰的烧结温度效果更明显；高铝系添加剂可作为一种高效的阻熔剂，但因在气化过程中容易同催化剂反应，导致催化剂催化性能降低，对煤的气化活性及催化剂回收率产生不利影响；添加氧化钙添加剂，煤的灰熔温度及烧结温度均增加，随氧化钙含量增加，灰熔点及烧结温度均升高，且对气化活性及催化剂回收率有良性作用；氧化钙可作为改善煤种结渣性的添加剂用于催化气化工艺中，需根据煤种性质及工艺特点确定适宜的添加量。     

煤灰分对干煤粉熔渣气化的影响研究

目前我国干煤粉熔渣气化装置较多,其生产过程受煤中灰分稳定性的影响较大.分析了煤灰的组分、性质以及灰熔性特征温度对气化效果的影响;采用Ashizawa等和戴爱军等回归的经验公式或多元相图对煤的灰熔点进行了较为准确的预测;研究了煤灰分的黏结性、微量组成、黏温曲线和临界温度等对煤气化装置运行操作的影响.     

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。     

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。     

高温下煤灰热膨胀行为研究

为了更好地了解硅铝比在煤炭燃烧和气化过程中对炉体结渣和堵渣产生的影响,选取硅铝比不同的A、B、C三种煤样,在弱还原性气氛下,利用自主研制高温熔融装置,考察三种煤灰样在高温熔融炉中的形变情况,探究煤灰热膨胀行为。针对A煤样,将其灰化后分别添加SiO2和Al2O3,添加量为煤基的1%~5%,研究其高温下XRD物相变化、熔渣流动现象和熔渣表观形貌。结果表明:不同硅铝比的煤灰热膨胀行为存在差异,B、C煤灰产生明显热膨胀现象,A煤灰未出现此现象;添加SiO2的A煤灰产生明显热膨胀现象,而添加Al2O3却未出现膨胀过程。添加SiO2后的煤灰在高温下灰粘度会增加,气体较难透过粘稠液体相,造成煤灰在高温下会出现明显膨胀现象,进而会导致煤炭在燃烧和气化过程中出现炉体内壁的结渣和出渣口堵渣等问题。通过考察弱还原性气氛下,研究不同硅铝比对煤灰高温熔融过程形变的影响,为解决实际生产中气化炉结渣和堵渣问题提供理论依据。     

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。     

Shell粉煤气化炉堵渣机理初探

针对中国石化安庆分公司Shell粉煤气化炉运行中出现的堵渣问题,对刘二矿煤进行了工业分析,结果表明：刘二矿煤质波动大,煤灰在高温弱还原性气氛下,生成大量莫来石,致使灰熔点高,无法直接用于气化;添加石灰石助熔剂后,灰渣能达到气化炉液态排查要求,但其黏温曲线随温度区间平移变化趋势不明显;大量钙长石晶体的迅速生成,是导致气化炉间或发生堵渣的主要原因。     

影响煤灰熔融性温度的控制因素

论述了煤灰熔融性温度与测试气氛、煤灰成分、矿物组成等因素之间的关系。结果表明,不同测试气氛下的煤灰熔融性温度变化规律是不同的,煤灰的化学组成和矿物质类别明显影响着煤灰的熔融特性。利用煤灰熔融性温度的变化规律,采用配煤、添加耐熔剂或添加助熔剂等方法可以改变和控制煤的灰熔融性温度,以期适应不同排渣方式和气化工艺的选择。