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。     

煤气化细渣碳灰分离技术研究进展

基于我国富煤、贫油、少气的能源结构特点，煤炭在相当长的时间内仍然是我国最重要的化石能源。煤气化是现代煤化工发展的前沿技术，是实现煤炭清洁高效利用的有效途径，对实现国家高质量发展具有重要战略意义。煤气化过程中会产生煤气化细渣，煤气化细渣主要通过填埋的方式进行处理，不仅占用土地，污染环境，而且不利于煤化工企业的长远发展，气化细渣的高效处理再利用迫在眉睫。首先对气化细渣的理化特性进行了分析总结，气化细渣残碳含量与煤种、气化工艺条件、运行工况等因素均相关，但气化细渣的物理化学性质差别不大，主要由SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃和C组成。气化细渣残碳含量一般在20%左右，因煤种和气化操作条件等的差异，部分地区气化细渣残碳含量高达50%,具有一定潜在的利用价值。目前，气化细渣的处理方式主要有筛分分级、重力分选和泡沫分选。系统总结了气化细渣的筛分分级、重力分选和浮选技术，通过筛分分级和重力分选技术，均可以无污染、绿色环保实现气化细渣低成本、高效率再利用。通过浮选强化，可以提高捕收剂在...     

煤气化渣综合利用研究进展

我国富煤、贫油、少气的能源结构特点,石油、天然气对外依存度高的实际情况以及对煤炭高效清洁利用的重视赋予了煤化工产业发展的机遇,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。笔者介绍了煤气化渣的产生及其带来的环境问题,煤气化渣的基本特点,综述了国内外煤气化渣在建工建材(骨料、胶凝材料、墙体材料、免烧砖)、土壤水体修复(土壤改良、水体修复)、残碳利用(残碳性质、残碳提质、循环掺烧)、高值化利用(催化剂载体、橡塑填料、陶瓷材料、硅基材料)等方面的研究进展,提出了煤气化渣综合利用思路。煤气化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、C组成,气化细渣残碳含量较气化粗渣高,煤气化渣的主要矿相为非晶态铝硅酸盐,夹杂着石英、方解石等晶相,富含硅、铝、碳资源的化学组成特点和特殊的矿相构成是煤气化渣回收利用的基础。目前煤气化渣规模化处置利用主要聚焦在建工建材、生态治理等方面,但因其碳含量高、杂质含量高等特点,导致建工建材掺量低、品质不稳定,生态治理二次污染严重等问题,经济和环境效益差。在资源化利用方面,结合煤气化渣资源特点,目前主要在碳材料开发利用、陶瓷材料制备、铝/硅基产品制备等方面引起广泛关注,虽然经济效益相对显著,但均处于实验室研究或扩试试验阶段,主要存在成本高、流程复杂、杂质难调控、下游市场小等问题,无法实现规模化利用。为了提高企业经济效益,同时解决企业环保难题,结合煤气化渣堆存量大、产生量大、处理迫切的现状以及富含铝、硅、碳资源的特殊属性,建议煤气化渣的综合利用思路为"规模化消纳解决企业环保问题为主+高值化利用增加企业经济效益为辅"。开发过程简单、适应性强、具有一定经济效益的煤气化渣综合利用技术路线,是目前煤气化渣利用的有效途径和迫切需求。     

煤气化渣的高值化利用研究进展

煤气化是煤炭清洁高效利用的重要方式，不可避免地会产生大量煤气化渣；基于我国生态环境建设和污染治理政策法规的要求，煤气化渣高效回收利用已成为煤基固废利用方向的研究热点。煤气化渣主要由未燃尽炭和灰组分组成，其中灰组分主要包括SiO₂、Al₂O₃、CaO和Fe₂O₃等，是硅、铝、钙、铁等元素的廉价来源之一。分析了煤气化渣的粒度特征和物化特征，总结对比了煤气化渣制备硅基材料、铝基材料、催化剂/催化剂载体、陶瓷材料、用作橡塑填料等高值化利用途径的技术特点，提出了煤气化渣未来发展需要考虑的几点问题，以期为煤气化渣高值化利用提供参考。     

煤气化细渣浮选脱碳分析

对煤气化细渣的浮选脱碳进行了研究。因煤气化细渣含残炭量高,制约了煤气化细渣的应用;而煤气化细渣的矿物组成和润湿性能与粉煤灰的指标大体相似,粉煤灰浮选已经工业化,气化细渣也具有浮选脱碳的可行性。通过分析论证发现,浮选脱碳是煤气化细渣脱碳的合适方法;气化细渣粒度微细,分布范围广,应采用分级浮选方法脱碳;对于40μm以下的颗粒,适合采用旋流-微泡浮选柱,而对于40μm以上的颗粒,适合采用机械搅拌式浮选机进行浮选。     

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。     

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。     

煤气化细渣特性对其浮选脱碳过程的影响

含残炭量高严重影响煤气化细渣的处理和应用。煤气化细渣灰分容易黏附,但灰分和残炭之间并不发生灰熔融聚合,残炭以絮状无定型形态存在,并不和灰分形成小球体,这使得煤气化细渣中的残炭有可能通过浮选方法脱出。煤气化细渣的灰分亲水疏油,而残炭疏水亲油,有利浮选。煤气化过程中,残炭表面反应活性增大,零电位变化,因此煤气化细渣浮选适合的p H值与普通煤泥和粉煤灰不同。由于煤气化细渣的平均粒度一般小于40μm,不适合直接采用普通浮选机进行浮选,应采取改善微细粒浮选的有效途径,如保持微细粒悬浮体、增强残炭的疏水性、通过选择性聚团增大残炭的有效浮选粒径以及采用高效的微细粒浮选设备等方法。煤气化细渣浮选研究,需要针对具体的煤种和气化工艺。     

石油焦气化固态产物形成机理及对生产的影响

"粗渣"在气化反应以及灰分的双重影响下,其外观较煤气化装置所产生的"粗渣"有着较为明显的差别;"细渣"较煤气化装置的细渣粒径更细.针对石油焦气化装置产生"粗渣"和"细渣"与煤气化装置产生"粗渣"和"细渣"的问题,进步一探讨"粗渣"和"细渣"形成机理,对如何及时应对灰水水质的变化有着尤为重要的指导意义.     

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。     

基于粒度分级的煤气化细渣特性分析及利用研究

煤气化过程中产生大量含碳量较高的气化细渣,目前主要以填埋方式处理,不仅占用大量土地,污染土壤和水体,同时造成能源浪费,对气化细渣进行高效环保的资源化利用是目前的研究热点。气化细渣中的残碳与灰组分分离是实现其高值化、减量化、无害化利用的关键,煤气化细渣粒度特性分析表明,各粒级产品灰分基本随粒级减小呈增大趋势,通过分级工艺可实现碳灰的分离与富集。榆林煤气化细渣固定碳含量随粒级减小均呈下降趋势,各粒级产品中均含有较多的SiO_2、Al_2O_3、Fe_2O_3、CaO,微观形貌主要由多孔基体、不规则颗粒、黏附小颗粒及圆球颗粒组成。煤气化细渣孔隙结构发达,比表面积丰富,75μm粒级产品可直接作为优质的吸附材料;与气化燃料煤相比,气化细渣各粒级产品燃烧的特征温度均显著提高,从着火温度看,除45 um颗粒外,着火特征温度都高于作为参照的无烟煤;由于气化细渣中丰富孔隙率的存在,增大了颗粒与氧气的接触面积,使燃烧中后阶段燃烧峰值温度低于无烟煤,且燃尽温度明显低于无烟煤。     

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。     

煤气化粗渣脱水工艺设计及实施

为了有效解决煤气化粗渣含水量高、污染环境、运输困难、水资源浪费等问题,通过与现有工艺技术路线比选,结合现场实际和粗渣的自身特点,设计出煤气化粗渣脱水工艺路线并实施。用最简单、占地面积小、能耗低的工艺路线有效解决了粗渣含水量高、水资源浪费等问题,粗渣含水量由60%降至10%以下,每天回收水量约816t,大大缩短了粗渣循环利用的时间,减少了占地面积,使资源最大化合理利用,为企业创造了良好的经济效益。     

煤粉掺烧气化细渣的燃烧特性研究

为有效地对气流床煤气化细渣进行资源化利用,研究了高活性神华煤和低活性宁夏煤掺混气化细渣的燃烧特性,探究了煤粉掺烧气化细渣燃烧反应的协同机理.结果表明:煤粉中气化细渣添加量的增加会导致燃烧过程灰渣出现不同程度的熔融现象,表明气化细渣内Ca和Mg等碱金属降低混合样品的灰熔融温度.在非等温及空气气氛的燃烧条件下,宁夏煤粉/气...     

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...     

煤气化渣对磷酸根的吸附与解吸性能研究

煤气化渣是煤化工领域的一种固废,其大量排放对自然环境造成很大压力,对其进行资源化利用尤为重要。本研究基于煤气化渣结构特殊、比表面积较大的特点,研究了不同吸附条件对煤气化渣吸附磷酸根的影响,同时研究了煤气化渣对磷酸根的解吸及再吸附特性。结果表明,煤气化渣对磷酸根的吸附符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学反应模型。在pH=7、投料量为2.5 g/L、温度为30 ℃、时间为480 min的条件下,其Langmuir饱和吸附量达到3.998 4 mg/g。此外,煤气化渣对磷酸根还具有较好的解吸效率和再吸附能力。研究表明煤气化渣具有作为磷肥缓释剂的潜力。     

TiO2改性煤气化粗渣基地质聚合物的微观结构与性能

煤气化渣可分为粗渣和细渣,其有在碱激发领域应用的潜力。本文对煤气化粗渣的理化性能进行了研究,使用煤气化粗渣制备了地质聚合物,并对其进行了TiO₂的改性研究。结果表明,在煤气化粗渣基地质聚合物中掺入一定量的TiO₂可明显改善其力学性能。当掺入质量分数为10.0%的TiO₂时,样品28 d的抗压强度可从23.4 MPa提高到42.9 MPa。此外,通过对样品进行物相分析与微观结构分析, TiO₂的掺入明显改善了地质聚合物的微观结构,促进了碱激发反应,提高了材料的力学性能。     

磁性灰粒在不同粒级气化灰渣中的分布特性

以气流床煤气化粗渣和细灰为原料,采用筛分和磁选的方法研究了磁性灰粒在不同粒级气化灰渣中的分布特性。结果表明：随着灰渣粒径的减小,在粗渣和细灰中,磁性灰粒的含量均呈现先升高后降低的趋势,磁性灰粒在粗渣中的含量高于细灰。粗渣中,磁性灰粒在0.5~0.25mm粒级中分布最多,该粒级神宁炉和GSP气化炉粗渣在粒度组成中的占比也最高,质量分数分别为38.42%和37.16%,各个粒级中磁性灰粒产率随粒径减小呈递增趋势;细灰中,磁性灰粒在0.074~0.045mm粒级中分布最多,而细灰粒度组成中的占比最高的却是大于0.25mm粒级,磁性灰粒产率在各个粒级都不高,呈现随粒径减小而升高的规律。气化过程中,磁铁矿会更多地富集在凝结团聚且高度玻璃化的大粒径粗渣中,粗渣和细灰中仍有相当量的含铁物相不显磁性。不同粒级煤气化灰渣中磁性灰粒的分布特性可为气化渣分级分质及高值化利用提供基础数据支撑和应用思路。     

基于高效解离-选择性絮凝耦合作用的煤气化渣提炭实验研究

煤气化渣是由煤气化工艺产生的一种富含铝硅酸盐、灰组分及残炭的大宗工业固体废弃物,其规模化生产对生态环境造成了严重的影响。因此,将煤气化渣进行炭-灰分离是实现其减量化、无害化和资源化利用的关键。以煤气化渣为研究对象,采用高效解离-选择性絮凝耦合作用的工艺,为实现煤气化渣更为合理、高效的资源化利用,减少煤气化渣带来的土壤、空气、水体资源等污染问题,对煤气化渣进行提炭实验研究。首先分析了煤气化渣的理化性质,其次采用单因素变量法探究了磨矿时间、pH、絮凝剂种类、絮凝剂用量、高速剪切转速对煤气化渣提炭实验的影响,以实现残余炭产品的高度富集。结果表明：原煤气化渣灰分质量分数为67.19%,普通湿筛筛上物料灰分质量分数为54.3%,当煤气化渣磨矿时间为5 s, pH为7,絮凝剂聚氧化乙烯用量为0.4 kg/t,在转速为4 000 r/min高速剪切15 min的条件下提炭效果最佳,最终可获得产率为26.6%、湿筛筛上灰分质量分数为43.3%的残炭产品。对比普通湿筛法,基于高效解离-选择性絮凝实验方法在普通湿筛的基础上灰分质量分数降低了11%,降灰效果明显。