煤液化残渣萃余物与煤共气化的灰渣特性

与煤共气化是实现煤直接液化残渣萃余物(ER)资源化利用，提升煤直接液化工程整体经济性的重要途径。气化过程灰渣的流动性是影响气化操作条件的重要参数，利用灰熔点仪、高温旋转黏度计、XRD及SEM等测试手段考察了ER与煤共气化的灰渣熔融特性、黏温特性及晶体特性，并结合壳牌气化装置入炉煤配比和操作条件，从灰化学角度确定ER的最佳掺混比例及气化操作窗口。结果表明：ER属于高灰、高铁、高钙、高硫物质，且其灰成分偏碱性，随煤中ER添加量增大，掺混后的灰分、铁含量和硅铝比逐渐增大。当萃余物质量分数超8%,全液相温度T_liq降低，但萃余物添加量超20%时，熔渣类型从玻璃渣转变为结晶渣。XRD与SEM分析结果表明钙长石的析出造成熔渣类型改变，钙长石的析出主要是因为萃余物的添加使熔渣黏度降低，熔渣中团簇的扩散能力增强，有利于结晶行为。结合Shell气化炉的操作条件及对煤灰中铁含量的要求，当萃余物添加量为10%时，共气化熔渣适合气化炉排渣，对应的排渣窗口为1 335～1 557℃。该研究结果为ER与煤共气化提供指导，提高煤直接液化流程的经济性。     

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。     

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。     

高温气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化

气流床气化是煤炭清洁高效利用的重要途径，而高钙镁准东煤因其灰熔融温度较高难以直接应用于液态排渣的工业气化炉，深入研究准东煤灰高温熔融机理对其气化应用具有重要指导意义。采用试验分析与热力学模拟计算手段研究了高温(1 100～1 500℃)气化条件下高钙镁准东煤灰熔融性及矿物质演化，并考察了SiO₂添加对原煤灰熔融性及矿物质演化的影响。结果表明，气化温度小于1 300℃时，高钙镁五彩湾煤灰中Ca主要以CaS形态存在于灰渣中，而Mg始终以MgO形态存在；气化温度升高至1 400℃后Ca基矿物质逐渐熔于液相并在1 500℃完全熔融，Mg则结合生成高熔点镁铝尖晶石，导致煤灰熔融温度较高。添加适量SiO₂可与煤灰中Ca、Mg结合生成易发生低温共熔的钙镁黄长石，从而显著降低煤灰熔融温度及液相线温度，所添加SiO₂与CaO结合的优先度高于MgO。此外，热力学平衡计算结果显示，即使在1 600℃高温平衡状态下，五彩湾煤灰中部分Ca、Mg仍以高熔点单一氧化物形态存在，因此原煤灰液相线温度较高，热力学计算结果可为煤灰熔融性预测及高温矿物质转化...     

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。     

配煤对催化气化工艺中煤灰烧结行为影响研究

针对易结渣煤种,研究不同配煤方式对煤灰熔融特性的影响,在催化气化工况气氛下利用压差法烧结温度测定实验装置对各煤灰进行初始烧结温度测试,并结合X射线衍射(XRD)及Factsage热力学软件计算结果表征分析煤灰的相关物理和化学变化,推测灰中矿物质间的反应及矿物的转变,研究矿物质变迁规律,揭示缓解结渣机理。结果表明,通过将高灰熔点、高硅铝含量煤种同易结渣煤种混配可缓解易结渣煤种的结渣问题,同高灰熔点煤混合可有效提高易结渣煤种灰熔点;混煤工艺不同,对灰熔点及烧结温度影响各异,这主要与催化剂在煤质上分布、催化剂存在形式不同及其与不同煤种中矿物质作用不一有关。     

铝厂污泥对低灰熔点气化型煤熔融特性的影响规律

研究了铝厂污泥在弱还原气氛下对福建建兴矿煤(JX)、永安矿煤(YA)和创宏矿煤(CH)熔融特性的影响,考察了添加铝厂污泥前后JX煤灰在不同热处理温度下的矿物组成变化. 结果表明,JX煤灰熔点低是1000℃以上形成低温共熔物引起的;加入铝厂污泥作为阻熔剂可提高JX煤灰的熔融温度,添加量达6%(w)时(以煤灰基计),可使JX煤灰软化温度提高到1250℃以上,满足气化炉固态排渣对灰熔点的要求;加入阻熔剂后,在1000℃以上JX煤灰内形成了莫来石,莫来石在灰渣中起骨架作用,并延缓低温共熔物形成,从而提高了灰熔点.     

皖北刘二煤在Shell气流床气化过程中熔渣形成机理初探

选取安庆石化sheu气化炉使用的皖北刘二煤（简称AQ007）及气化过程产生的大块渣和细渣样品，利用X-射线衍射仪（XRD），考查了AQ007煤在弱还原性气氛下不同加热温度下煤灰熔融过程中的矿物演变过程，对煤灰的熔融机理进行了探讨，对Shell气化过程产生的大块渣和细渣的晶体矿物组成进行了对比研究。结果表明：AQ007煤中的主要晶体矿物有高岭石、石英、方解石、白云母等。在还原性气氛下，煤灰随着温度的升高，石英、硬石膏等结晶矿物含量逐渐减少，生成新的矿物质，莫来石的生成是导致AQ007煤灰熔点高的主要原因。大量钙长石的生成是导致安庆石化sheu气化炉产生大块熔渣和堵渣主要原因。     

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...     

新疆淖毛湖煤中钠在CO2气化过程的迁移行为

针对新疆淖毛湖煤矿煤中Na含量高,在气化过程中可能会导致气化炉内壁腐蚀、沾污等问题,本文通过开展实验室气化实验和Factsage热力学模拟实验,研究了淖毛湖煤中钠在CO₂气化过程时的迁移行为。通过热重实验研究了淖毛湖煤的气化反应特性;利用扫描电镜-能谱（SEM-EDS）、X射线衍射（XRD）及电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-OES）等手段,对淖毛湖煤在800～1100℃下CO₂气化条件下得到的残渣进行了分析表征,研究了不同温度下得到的残渣形貌以及残渣中Na的赋存形态、含量变化等;同时,结合化学热力学平衡计算方法,研究了CO₂气化过程中淖毛湖煤中Na在气相中的分布情况,分析了气化过程中Na的析出特性。结果表明,在一定的反应时间内,随着气化温度的逐渐升高, 在温度为900~1100℃下淖毛湖煤中Na的析出量逐渐增加。在煤气中钠元素主要以NaCl（g）、NaOH（g）和Na（g）的形态存在,这部分形态的Na随着煤气排出而未富集于残渣中。800℃时残渣中主要成分为CaCO₃,当气化温度高于900℃时,残渣开始熔融,且随温度的升高残渣中共熔物增加。当温度在800～1100℃时,淖毛湖煤中Na主要以硅铝酸盐的形式存在。     

降低高铝煤灰熔融温度的助熔机理研究

文章对高灰熔融温度BLG煤进行配煤添加助熔剂实验,将高铝BLG灰熔融流动温度降低到1306℃。结合XRD、SEM-EDX分析研究发现,灰渣中生成大量的助熔矿物钙长石是使BLG灰熔融温度降低的主要原因;随着温度的升高,钙长石与其他矿物形成共熔体,使灰渣液相含量大幅度增加,导致煤灰熔融温度降低。     

配煤降低灰熔融温度煤灰表面形态变化研究

大同煤储量丰富,但其灰熔点高一直制约着其应用,因此本文针对高灰熔点的大同煤进行配煤研究,以达到气化所需的灰熔点。对低温化处理的大同煤进行TGA-DTA分析,并对不同温度范围的大同煤及配煤进行XRF及SEM-EDS分析,研究表明:灰渣中的含钠矿物800℃之前大部分蒸发,灰渣表面呈现的熔融状态并不完全相同,因局部元素含量有所偏差,致使其形态不同。     

Shell粉煤气化炉大渣块形成机理探讨

为了弄清实际生产过程中Shell粉煤气化炉大块渣的形成机理,文章运用XRD、SEM-EDX技术,对比分析气化炉稳定运行期间排出的灰渣和堵渣停车期间采集的大块渣的矿物组成、表观形貌及微区化学组成。结果表明:在Shell气化炉内大块渣形成期间,煤中含铁和含钙矿物存在明显的富集和析晶现象,在高温还原气氛下含钙矿物与石英形成大量低温共熔物—钙长石,钙长石在熔融状态下易吸附小块渣样,从而使渣块增长变大;含铁矿物质在气化炉里逐渐演变成(Fe-S-O)共熔体,这种物质具有很强的吸附粘结性,从而使渣块迅速增长变大。     

生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的调控机制

为探索生物质对高灰熔点煤灰熔融特性的影响,向鹤壁煤和晋城无烟煤中分别加入不同质量比的花生壳和玉米秸秆,采用智能灰熔点测定仪测定混合灰样的灰熔点,X-射线荧光仪和X-射线衍射仪分析灰熔融特性变化的原因。结果表明:随着生物质质量分数增大混合灰熔融温度逐渐降低,选择合适生物质质量分数能使灰熔融流动温度满足液态排渣要求;鹤壁煤混合灰样和晋城无烟煤混合灰样中的高熔点矿物质与煤灰其他成分反应生成了铁橄榄石、铁尖晶石、白榴石、钙长石和微斜长石等,这些矿物之间能够形成低温共熔物,从而导致混合灰的灰熔融温度降低。     

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。     

Shell气化炉中灰渣的熔融特性与流动特性

分析了Shell气化炉中灰渣的物理性质,同时利用灰熔点测定仪、高温黏度计测定了添加适量助熔剂CaO的灰渣熔融温度和黏度,并利用热力学软件FactSage计算了灰渣在不同温度下对应的固液相的相对含量及全液相温度。研究结果表明：由于灰渣中主要结晶矿物中熔点较高矿物质如莫来石的含量在不断减少而熔点较低矿物质如钙长石的含量在不断增加,使得灰渣的熔融温度随着CaO含量的增加先降低而后升高。同时从灰渣的微观结构中可知,随着CaO含量的增加,灰渣的液相区面积先增大而后减少,这使得气化炉的最低排渣温度和高温下的灰渣黏度也随着CaO含量的增加呈先降低而后升高的变化趋势。同时由热力学软件FactSage计算出的灰渣全液相温度和相对固含量随CaO含量的变化趋势与灰渣的熔融温度、黏度的变化趋势一致。     

配煤煤灰熔融特性模拟研究

煤灰熔融特性是影响液态排渣气化炉运行稳定性的重要因素,高熔点煤会造成气化炉排渣困难,从而导致气化炉非计划停工。为了将高灰熔融温度的朱集西煤应用于液态排渣的SE-东方炉,利用热力学软件Factsage,研究朱集西煤、神华煤、门克庆煤及朱集西-神华配煤、朱集西-门克庆配煤的煤灰熔融特性,包括全液相温度、灰渣矿物组成及煤灰黏度的变化规律。朱集西-门克庆配煤和朱集西-神华配煤的完全熔化温度分别为1 390℃和1 400℃,配煤灰熔融温度并不是单纯2种煤的灰熔融温度加和; 800℃时2种配煤中堇青石和钙长石含量较高,900℃时朱集西-神华配煤灰中出现少量尖晶石;朱集西-神华配煤在黏度为25 Pa·s时的温度为1 400℃。结果表明,朱集西-门克庆配煤可满足SE-东方炉入炉煤的煤灰流动温度要求,但其在SE-东方炉正常操作温度下灰渣黏度较大,无法顺利排出;朱集西-神华配煤在有效降低灰熔融温度的同时,改善了灰渣的黏温特性,与主体煤朱集西煤相比,灰渣黏度为25 Pa·s时的温度降低100℃,渣型由"塑性渣"变为"玻璃渣",适用于SE-东方炉。朱集西-神华配煤中熔融温度低的堇青石和钙长石含量较高,钙长石和尖晶石形成低温共熔体,是配煤灰熔融温度低的主要原因。     

京西无烟煤固定床气化特性研究

京西无烟煤具有无烟煤的一般性质，如无粘结性，挥发分含量低等，但其本身显著特点是灰熔点低，热稳定性差。φ600mm固定床混合煤气发生炉气化特性试验研究结果表明，京西无烟煤灰渣在气化炉内容易软化熔融生成融渣块，破坏气化炉内环境，使煤气质量下降，但操作时提高饱和温度可改善气化运行状况；在操作过程中，提高气化炉料层厚度，使煤料在干燥层内充分预热，可减小京西无烟煤受到的热冲击，削弱热爆裂对气化过程的影响。     

卧式液态排渣旋风炉燃烧高碱煤试验研究

我国新疆地区高碱煤储量巨大,但煤的原生矿物中含有大量Na、K等碱金属元素,导致目前新疆地区无法直接燃用该类煤种,许多电厂不得不掺烧其他煤种以满足锅炉正常运行,极大限制了其广泛利用。液态排渣旋风炉燃烧锅炉技术是一种使煤燃烧产生的大部分灰在旋风燃烧器内形成液态渣膜并从锅炉底部排出的锅炉技术,对于解决新疆高碱煤强沾污结渣问题具有一定优势。为研究液态排渣卧式旋风炉燃用新疆高碱煤液渣捕捉碱金属特性,在实验室条件下搭建液态排渣卧式旋风试验炉,并对新疆沙尔湖煤进行燃烧试验,对试验过程中在卧式液态排渣旋风试验炉内采集到的灰渣样进行SEM-EDS分析,根据其分析结果计算灰渣样中碱金属的固碱率,同时观察试验过程中炉膛内壁液渣的形成情况,测量炉内温度分布情况。结果表明:试验工况稳定后旋风炉内总体温度分布比较均匀,沙尔湖煤适用于液态排渣卧式旋风燃烧炉燃用,燃烧温度1 300℃时,旋风炉膛内开始形成液渣,升高燃烧温度,炉内液渣形成较为明显,卧式液态排渣旋风炉燃用高碱煤,炉内形成液渣时,液渣中Fe元素会黏结在硅铝酸盐颗粒表面,增加其黏性,加强烧结层捕获灰颗粒的能力,促进渣层生长;采用卧式液态排渣旋风炉燃用高碱煤能有效缓解炉膛内壁黏污、结渣问题,同时高温燃烧区相对于低温燃烧区缓解效果较为明显;卧式液态排渣旋风炉燃高碱煤时液渣对碱金属Na、K等的捕捉效率达50%以上,最高可达61.01%,高于自身固态灰、高温区添加高岭土对Na的捕捉效率。     

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。