准东高钠煤气化过程中Na的迁移转化规律

针对新疆准东煤由于碱金属Na含量高而无法直接利用问题,基于0.25 t/d高碱煤热化学转化试验台,利用电感耦合等离子体-原子发射光谱（ICP-AES）、X射线衍射（XRD）以及扫描电镜-能谱（SEM-EDX）等先进检测手段,分析了准东高钠煤在循环流化床不同煤气化温度下碱金属Na的迁移转化特性,同时借助FactSage6.1化学热力学平衡计算软件,理论分析了碱金属Na的析出形式。研究结果表明：随着煤气化温度的升高,底渣中碱金属Na的含量降低,而飞灰中碱金属Na的含量增加;煤气化底渣中的Na主要以钠的硅铝酸盐形式存在,飞灰中的钠主要以NaCl形式存在,并含有少量硅铝酸钠;准东高钠煤在循环流化床煤气化试验时未发生失流现象,底渣和飞灰未发现熔融态;煤中Cl在煤气化过程中对金属壁面有腐蚀作用。     

逐级提取法研究新疆高钠煤中碱金属赋存形态

选择水、醋酸铵溶液、盐酸溶液作为提取剂,研究新疆红沙泉矿、准东矿原煤中碱金属的赋存形态。研究结果表明:准东煤的水溶钠含量为45.05%,高于红沙泉煤的水溶钠含量;新疆煤中钠形态主要以水溶态和不溶态的无机钠主,占比合计约70%,水溶和不溶的钾化合物占90%左右,即新疆高钠煤中碱金属的赋存状态较为复杂,主要以水溶态和不溶态为主,醋酸铵溶态和盐酸溶态含量较低。     

水溶钠对准东煤快速热解煤焦燃烧特性的影响

采用不同萃取液对准东五彩湾烟煤进行逐级萃取,分别利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪和离子色谱仪对萃取制得的滤液进行相应的元素分析和阴离子检测。测试结果表明,准东煤中金属钠的赋存形态以水溶钠为主,且主要以NaCl,Na2SO4,NaNO3,NaHCO3等化学形态存在。在酸洗煤样中加载不同化学形态水溶钠,并在沉降炉快速热解条件下制备煤焦。热解煤焦的热重燃烧实验表明,添加水溶钠使煤焦的燃烧初始反应温度、着火温度和燃尽温度都较酸洗煤煤焦有所降低,表明水溶钠盐对高钠煤煤焦的燃烧具有促进作用。不同化学形态水溶钠的催化作用不同,以Na2CO3的作用最为显著。通过积分法计算得到了5种快速热解煤焦燃烧的活化能,加载水溶钠盐使煤焦燃烧的活化能降低,不同化学形态水溶钠的影响不同。     

高温热解过程中新疆高碱煤中钙的演变

以新疆准东地区高碱煤(五彩湾煤和天池能源煤)为实验煤种,通过萃取法研究煤中钙的存在形式及其在热解过程中的演变规律。研究表明,本实验中两种高碱煤中钙主要为醋酸铵溶钙和盐酸溶钙,其中天池能源煤含有较多的水溶钙。1 500℃热解后天池能源煤焦炭中水溶钙的含量明显较高,主要是因为天池能源煤中本身存在一定量的硫化钙,在高温热解的过程中保存在焦炭中;五彩湾煤焦炭中的醋酸铵溶钙含量高于其它煤种,主要是因为五彩湾煤中硅铝的含量较少导致部分钙仍以氧化钙的形式存在于焦炭中。高温热解过程中,煤焦中钙均以较为稳定的形式存在,随着热解温度的上升,焦炭中钙的含量呈上升趋势。1 200℃时焦炭中的钙主要以硬石膏和氧化钙等醋酸铵溶钙为主;1 200~1 400℃硫酸钙分解,导致水溶钙小幅上升,但整体依然以醋酸铵溶钙为主,此时的醋酸铵溶钙主要以氧化钙形式存在;1 400~1 500℃氧化钙与硅、铝等物质反应使醋酸铵溶钙转化为盐酸溶钙。     

新疆高油煤中钠的分布及存在形式研究

基于新疆地区高油煤成煤过程中富集的大量Na等碱金属明显影响煤的热解产物产率及其利用,对高油煤代表性矿区白石湖矿区钻孔煤质数据统计的基础上,采集一采区和三采区样品进行了逐级化学萃取实验。实验结果表明,白石湖煤焦油产率与挥发分和镜质组含量均呈现正相关性,但与煤灰氧化钠含量无相关关系,煤灰氧化钠含量集中在2.5%~3.5%之间。白石湖矿区煤中钠相对富集于有机质中,且钠摩尔含量明显高于煤中氯。白石湖煤中钠的水溶形式占比80%左右,主要以氯化钠、硫酸钠和水合离子钠等形式存在。     

循环流化床部分煤气化试验研究

以空气和水蒸气为气化剂，在小型循环流化床上对3种不同煤种进行了部分煤气化试验研究。结果表明，气化过程产生的焦油很少，随着空煤比的增加，煤气中氢、一氧化碳、甲烷的含量呈减少趋势；汽煤比的增加能加大煤气中氢、一氧化碳的含量；气化温度是影响煤气成分的主要因素，床层高度和煤种对煤气成分也有影响，钙、钠、钾等碱土金属化合物对煤气化具有催化作用。     

神木煤碱金属含量测定及其赋存状态分析

煤中赋存的碱金属在燃烧过程中易导致热力设备（锅炉、热交换器等）形成表面污垢,使热力设备存在安全隐患,因此,对于煤中碱金属含量测定十分必要。榆林地区作为我国重要的煤炭富集区域,对其煤炭中的碱金属含量研究目前较为薄弱。选取榆林地区的神木煤进行取样研究,通过实验分析了神木煤中碱金属含量及其赋存形态。实验结果表明,神木煤中的钾含量明显高于钠的含量;碱金属钠以离子、有机物、不可溶3种形态存在;碱金属钾主要以不可溶形态存在。     

新疆高钠煤中钠元素的地球化学研究现状

新疆煤炭资源丰富,以低灰、低硫、低磷的发电和化工用煤为主,已成为我国煤炭开发利用的主战场。但由于特殊的地质环境和地下水作用,新疆部分煤层中富集了大量钠元素,引起的锅炉结渣结垢问题一直制约着高钠煤的清洁高效利用。新疆高钠煤及其中钠的分布赋存特征成为近10年来煤化学基础研究领域的一个热点。系统总结了煤中钠赋存状态研究成果,概述了煤中钠含量的测定方法,分析了控制煤中钠富集的关键地质因素,并讨论了煤炭利用过程中钠的迁移规律及其影响因素。研究表明：煤中钠的赋存状态以无机钠为主,少量为有机钠,逐级化学提取结果进一步表明煤中的钠以水溶态为主。目前对煤中钠含量的测定主要是通过燃烧和一定条件下的灰化、消解后进行的,但针对于新疆煤中钠以水溶态为主要赋存状态这一基本事实,逐级提取法可以减少样品前处理中钠的损失,进而更准确地反映煤中钠的含量。煤中钠的富集成因主要包括生物成分累积、碎屑沉积物输入、泥炭孔隙中溶液沉淀,以及成煤后期海水作用等。以往国内外对高钠煤的研究比较关注海水侵入的影响,但新疆的高钠煤中钠的富集需要重点考虑地表水淋滤和地下水驱动因素。在煤炭加工利用过程中,钠的赋存形式和煤炭利用方式决定了其释放途...     

徐州煤中氟的含量分布及赋存状态研究

研究了徐州煤中氟的含量分布,分析了氟与灰分、有机硫含量的相关关系,为了避免灰分高低的影响,还研究了煤灰中氟与磷、钾、钠、镁、钙和铁等成分含量的相关关系。研究结果表明,徐州煤中的氟以无机矿物的形态赋存,同时徐州煤中氟含量与磷、镁、钙和铁含量显著相关,与钾和钠含量相关性均不显著,徐州煤中氟可能的赋存形式为氟磷灰石等矿物。     

淮南矿区煤中氟元素的赋存形态研究

为了探究淮南煤中氟元素的赋存形态以期为实际生产中煤炭洗选提供理论基础,采用高温燃烧水解-氟离子选择电极法对淮南地区9个矿区18个煤样进行煤中氟元素含量测定。通过数据统计软件SPSS 24.0对煤中氟元素与常量元素、灰分进行相关性分析和聚类分析,认为氟与灰分具有很好的相关性,且呈线性关系;借助X射线光电子能谱(XPS)分析代表性煤样中氟元素的赋存形态,通过分析谱图可得出淮南矿区煤中氟元素以85%左右的无机氟为主,氟元素以钠的铝盐、碱金属硅盐等形式存在,同时还有约15%的有机氟存在,即淮南矿区煤中氟元素主要赋存于硅铝酸盐等无机矿物中。     

循环流化床工业气化炉高钠煤配煤气化

印尼煤具有良好的气化反应活性,但煤灰分中的Na_2O质量分数较高,容易导致系统产生黏结、积灰和腐蚀等问题。利用Na_2O-SiO_2-Al_2O_3三元体系相图分析了印尼煤灰的相图特征,选择了掺配煤种并优化了配煤比例,进而在设计给煤量为350 t/d的循环流化床工业气化炉上,以印尼煤质量分数为75%的配煤为原料进行了168 h气化试验,考察了装置的运行特性和配煤的气化特性,并采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了气化灰渣的微观形貌和晶相组成。配煤气化试验过程中,炉膛底部温度和密相区压差稳定、无大幅波动,飞灰和底渣无明显变形或熔融现象发生,实现了高钠煤配煤气化的连续稳定运行。冷煤气效率为70.75%,碳转化率为89.49%,煤气热值为5.30 MJ/Nm~3。飞灰和底渣中钠长石的衍射峰均较弱,表明钠长石的生成量较少,可有效抑制低温共熔反应的发生。工业气化炉试验验证与三元相图理论分析基本一致。     

气流床煤气化过程中氯元素的迁移特性

采用神府煤的多喷嘴对置式水煤浆气化装置与采用安徽煤的Shell煤粉气化装置为对象,通过对煤灰、气化生成灰渣以及废水中氯元素含量的分析以及热力学分析,研究气流床煤气化过程中氯元素的迁移特性。研究结果表明：采用神府煤的多喷嘴对置式水煤浆气化装置中,煤中氯元素主要进入废水中,约为88.81%;采用安徽煤的Shell煤粉气化装置中,进入废水中的氯元素为43.03%,存在于粗渣和飞灰中的氯元素分别为34.93%,15.42%;氯元素主要在煤热解过程中释放出来,释放量与最终废水中的氯元素所占比例基本相当;气化温度和进料形态（水煤浆或煤粉）能显著影响产物中氯元素的存在形式,HCl气体的比例随气化温度的升高而降低,水煤浆气化比煤粉气化产物中含有更多的HCl气体;采用安徽煤的Shell煤粉气化装置,Na,K,Cl元素在飞灰中相对富集,这使得最终排放的废水中氯元素的量减少。     

基于混料试验设计优化煤气化复配助熔剂

为降低安徽淮南煤气化过程中煤灰熔融温度,解决高灰熔融温度煤在液态排渣气化炉的应用问题,利用混料试验设计对1号(钙基助熔剂)、2号(镁基助熔剂)和3号(铁基助熔剂)3种煤气化复配助熔剂进行优化,并以煤灰流动温度为评价指标,优选出所选助熔剂的最佳复配条件,并建立数学回归模型。结果表明:回归模型得出的煤灰流动温度预测值与试验实测值相差在20℃以内;通过混料试验设计,3种助熔剂的质量分数分别为0、0.47和0.53时,对所选煤样的助熔效果最佳,且数学回归模型预测结果与验证试验结果一致。     

固硫灰渣中含硫矿物的种类及分布规律

与普通粉煤灰相比,固硫灰渣中硫含量较高（以SO3 计可达10%）,易造成体积安定性不良而限制了其建材资源化利用。采用X射线衍射和化学分析方法研究了固硫灰渣中含硫矿物的种类,利用筛分法、密度分离法和微观分析法（SEM和EDS）研究固硫灰渣中含硫矿物的分布规律。结果显示：固硫灰渣中含硫矿物基本以Ⅱ-硬石膏形式存在;硬石膏在固硫灰渣中分布不均匀,主要富集在颗粒较细、密度较大的致密颗粒上。     

利用矿渣和粉煤灰制备地聚物胶凝材料的正交试验研究

为研究矿渣和粉煤灰在地聚物制备中的应用,将不同配比的矿渣和粉煤灰混合后作为硅铝原料,经机械粉磨和激发剂激活后制备地聚物胶凝材料。正交试验研究了矿渣和粉煤灰的配比、水灰比和水玻璃模数3个因素对地聚物抗压强度的影响,并采用XRD、SEM对地聚物的微观结构进行分析。结果表明：当矿渣和粉煤灰配比为1:1、水灰比为0.4、水玻璃模数为1.2时,所制得地聚物28d龄期的抗压强度最高,达到68.45MPa。XRD和SEM分析表明：随着试样养护龄期的增长,生成更多的硅铝酸盐凝胶体,并且原料中部分晶相逐渐转化为非晶相,非晶相凝胶将未反应完的原料颗粒紧紧黏结在一起,使试样结构更致密,从而有利于抗压强度的提高。     

掺改性煤气化渣水泥新拌浆体与减水剂相容性研究

煤气化渣是一种富含铝硅酸盐矿物的煤化工固体废料,机械粉磨与化学激发改性后的煤气化渣可作为复合硅酸盐水泥的活性混合材使用,可以有效减少水泥建材生产制备过程中的碳足迹。为明确掺改性煤气化渣水泥新拌浆体的工作性能,本文通过研究煤气化渣-水泥复合浆体的流动度、ζ-电位和粒径分布,对煤气化渣-水泥二元体系与减水剂相容性进行了评价。结果表明:经二乙醇单异丙醇胺助磨改性后的煤气化渣是一种介孔材料,在掺量不超30 % 的情况下,具有较好的工作性;聚羧酸系减水剂对掺改性煤气化渣水泥新拌浆体的分散性和流动性有利,且表现出修正Bingham流体特征。实验结论对研究煤气化渣-水泥二元体系的工作性能以及与减水剂的相容性有较高的理论参考价值。     

改性煤气化粗渣活性特征及其复合水泥浆体水化硬化性能研究

煤气化技术的规模化应用产生了大量难处理的煤气化灰渣。作为一种富含硅铝酸盐矿物的煤气化灰渣,具备火山灰活性和较低的碳含量特征,可作为辅助性胶凝材料使用。为探讨不同改性效果下煤气化粗渣的活性特征及其对水泥水化硬化性能的影响机制,本文从宏观和微观上对掺有改性气化粗渣的复合水泥浆体的水化放热、抗压强度、水化产物组成与结构进行分析比较。结果表明:添加二乙醇单异丙醇胺(DEIPA)改性,可明显地提升气化粗渣的粉磨效率和潜在水化活性,有效减少水化诱导期的延长,降低气化粗渣掺加对水泥水化的缓凝效果;添加DEIPA的顺序对复合水泥的水化硬化特性影响不大。经化学和物理协同改性后的煤气化粗渣可以用于硅酸盐水泥的混合材和混凝土的掺合料,在适当掺量(10 %)下可提升复合水泥的力学性能。     

煤气化粗渣基地质聚合物的热稳定性研究

煤气化粗渣可以作为前驱体制备地质聚合物,其耐高温性需要进一步探究。本文分别对煤气化粗渣中掺入10%TiO₂、30 粉煤灰和30%矿渣制备的地质聚合物进行高温处理,探究在不同温度下4种28 d地质聚合物的热稳定性。结果表明,在100 ℃时,样品抗压强度与常温时相差不大;在200 ℃、400 ℃和800 ℃时,4种样品的抗压强度均出现不同程度的下滑,其中强度衰减最为明显的是掺入矿粉的样品,强度衰减较小的是掺入TiO₂的样品;随着温度的升高,地质聚合物出现了开裂现象,在100 ℃和200 ℃时仅煤气化粗渣地质聚合物有开裂现象,在400 ℃时仅掺入TiO₂的地质聚合物未开裂,在800 ℃时所有地质聚合物均开裂。掺入TiO₂的地质聚合物因含有锐钛矿而具有较好的耐高温性。     

高灰熔点烟煤的分质利用技术研究

以河南平顶山矿区拥有气煤、肥煤、焦煤到无烟煤的多煤种为例,通过对不同煤层煤样的分析,发现主炼焦煤灰分低、结焦性好,非炼焦煤种硫分高、灰熔融性高,提出了优先生产炼焦精煤用于焦化工业,扩大中国炼焦煤资源;高硫和高灰分烟煤采用水冷壁气流床气化生产合成气;中煤、煤泥、矸石以及劣质煤,用于循环流化床燃烧发电;粉煤灰用来生产建材的煤炭分质利用路线,为煤炭清洁高效利用提供实施案例。