气流床气化细渣中残炭的结构特征及燃烧特性研究

气流床气化过程中产生的细渣含碳量很高,目前多以填埋的方式进行处理,将细渣用于循环流化床锅炉掺烧有望为细渣处理提供有利的技术。本研究选用宁东能源化工基地典型气化工艺GE、OMB及GSP产生的气化细渣为研究对象,利用物理吸附仪、激光拉曼及热重分析仪等仪器,系统研究了气化细渣中残炭的结构特征与燃烧特性。结果表明,原始气化细渣中的物质可分为黏结球形颗粒、多孔不规则颗粒与孤立的大球形颗粒,而酸洗后的气化细渣多以疏松细小的颗粒和多孔不规则块状颗粒存在;细渣中残炭的孔径尺寸主要分布在4-8 nm,且比表面积与残炭的活性位点大小顺序均为:GE OMB GSP;GE渣中残炭结构有序度最低,无定形炭结构最多,GSP则相反;GE渣中残炭燃烧速率最快,主要是由于GE渣中残炭有较大的比表面积、较多的无定形炭结构及较高的的活性位点,且GE渣中残炭的综合燃烧指数为5.26×10~(-7)%~2/(min~2·℃~3)。     

颗粒粒径对油页岩热解产油率的影响

以桦甸油页岩为原料研究了颗粒粒径对油页岩热解产油率的影响。将油页岩破碎、筛分得到<0.074、0.074~0.125、0.125~0.25、0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm不同粒级样品,再将0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm大粒级样品粉碎制得对应的细粉样品,采用低温干馏法和热重分析分别测定表征样品的油产率和有机质含量。结果表明,油产率随着粒径减小逐渐降低,从1~3 mm下的11.92%降到<0.074 mm下的6.14%。热重分析表明,有机质含量随着粒径降低而降低,且油产率与有机质含量有明显的线性关系。0.25~0.5、0.5~1和1~3 mm样品经粉碎后油产率降低、气产率升高,但变化值均小于1%。在破碎过程中有机质选择性地富集在大粒级样品中,且页岩油二次反应程度随着粒径的减小而增大,使得页岩油产率随着粒径的降低而降低,且有机质选择性富集是主导因素。     

现代煤气化技术的开发与进展

评述了现代煤气化技术开发现状，对加压固定床气化，流化床气化，水煤浆气流床气化和干粉气流床气化典型代表技术的发展进行分析。结合热力学和动力学分析提出了未来煤气化技术发展的原则。鉴于目前制氧成本仍然是制约煤气化技术发展的最大因素，认为一方面应加速高效廉价的大规模制氧技术的开发，另一方面要注重氧耗低的气化技术的开发，重视过程集成概念和技术经济的优化。理论分析和已有研究表明粉煤/块煤双粒级进料液态排渣固定床气化、两段（多段）进料干粉气流床气化、流化床部分气化与气流床气化或CFB燃烧集成技术具有各自特点和良好的发展前景。     

气化炉渣的碱活性研究

目前混凝土骨料资源短缺问题突显,气化炉渣是潜在资源.若采用气化炉渣作细骨料,首先需要判别气化炉渣的碱活性.试验按照砂浆棒快速法研究气化炉渣的碱活性,用三个主要粒级的气化炉渣替代天然砂制作砂浆棒,测定各龄期砂浆棒的长度.试验结果表明天然砂砂浆棒28 d的膨胀率为0.09%,而含有气化炉渣的各组砂浆棒膨胀率均小于0.06%,且0.63 mm粒级是碱硅酸型碱骨料反应的敏感粒级.作为混凝土细骨料使用时,气化炉渣不属于碱活性骨料,反而对碱骨料反应膨胀有一定抑制作用.应用于混凝土时,不必担忧气化炉渣会引起碱骨料反应危害.     

煤气化细渣高炭组分超声强化酸浸法制备多孔材料

煤气化细渣是煤炭清洁高效利用的副产物之一,其资源化应用迫在眉睫。通过简单筛分得到固定碳含量高于60%的高炭组分,并以此为原料,采用超声酸浸法制备多孔材料。以核废水中放射性碘的吸附处理为应用背景,用碘吸附值表征多孔材料的吸附性能。结合SEM、BET、XRD和FT-IR等性质和结构分析方法,系统研究了超声时间、超声功率、酸浓度和温度对多孔材料碘吸附性能和组成结构的影响规律;并探讨了超声强化酸浸对残炭的组成结构的影响机制和灰成分的迁移转化规律,总结出超声强化酸浸作用机理。结果表明,煤气化细渣高炭组分在酸浓度为4 mol/L、酸浸温度为50℃、超声功率为210 W,超声时间1.5 h的条件下,所制备多孔材料的碘吸附性能最佳,为468.53 mg/g,比表面积达到474.97 m2/g,且具有以介孔为主的丰富孔隙结构。各因素对多孔材料碘吸附性能影响的顺序为：超声时间>酸浓度>超声功率>酸浸温度。超声强化酸浸作用机理是超声空化和机械波作用一方面强化炭灰黏附颗粒的解离,使堵塞在气化细渣孔道内的灰颗粒脱附,增加孔隙结构的连通性;其次,会导致炭灰颗粒表面裂纹的产生,增强碳颗粒内部无机组...     

粒径对不同煤阶煤焦气化反应活性的影响研究

选取气流床气化炉所使用不同煤阶的八种煤焦,通过多级筛分制得单分散煤粉样本,利用热重分析仪考察了气化温度、煤焦粒径对不同煤阶煤焦CO_2气化反应的影响。对比了不同碳转化率阶段下的反应差异,并讨论了高碳转化率阶段的情况。研究表明,随着煤阶的升高,煤焦碳微晶结构更为有序,其气化活性也随之降低。煤焦粒径对气化反应的影响与煤阶有关。对于无烟煤,平均粒径300μm的无烟煤煤焦转化率达到95%所需时间可达40μm煤焦的7倍;对于褐煤与烟煤,由于其孔隙结构较为发达,粒径变化对煤焦气化活性的影响并不明显。综合煤阶、气化温度、煤焦粒径对气化反应活性的影响发现,相较低阶煤,提高气化温度、减小煤焦粒径能够更有效地提升高阶煤气化反应活性。     

准东煤流化床气化飞灰的理化特性研究

采用灰熔点测定仪、X射线荧光光谱仪、扫描电镜和热重分析仪等方法,研究了准东煤流化床气化飞灰的灰熔融特性、物理结构和化学组成及气化反应活性。结果表明,准东煤与其流化床气化飞灰中Si O2、Fe2O3、Na2O和Ca O等矿物质含量存在显著的差异,但飞灰的灰熔点与原煤无明显差异。准东煤气化飞灰具有较宽的粒径范围,呈现双峰分布特征,且不同粒径区间飞灰的元素含量存在显著差异。提高气化温度,有利于提高飞灰的气化反应活性。准东煤流化床气化飞灰石墨化程度比煤焦要高,但其孔隙结构更为发达,含有丰富的中孔和中大孔,使得飞灰的气化反应活性高于煤焦。可通过提高气化温度、循环再气化的方法提高气化效率。     

多喷嘴对置式水煤浆气化炉内固体颗粒微观特性研究

气化炉内固体颗粒微观结构特性对气流床气化过程中熔渣、粗渣和细渣的形成具有重要影响。基于多喷嘴对置式水煤浆气化实验,对典型工况(O/C原子比为1.0)下气化炉轴向不同位置的固体颗粒进行取样,利用氮气等温吸附法和扫描电子显微镜对颗粒孔隙结构和微观形态进行研究。结果表明,气化炉内固体颗粒典型形态为不规则多孔状和规则球状,喷嘴平面有少量致密性不规则颗粒和中空颗粒。从喷嘴平面沿气化炉轴向向下,随着气化反应的进行,颗粒表面愈加粗糙,孔隙结构愈加发达。颗粒吸附曲线属于II型等温线,迟滞回线属于H3型回线,表明颗粒具有大量裂缝形孔和较连续的完整孔系统。比表面积和孔容积均随着与喷嘴平面距离的增加而增大,而平均孔径逐渐减小,在喷嘴平面附近变化幅度较大。孔结构以孔径小于10 nm的孔为主,随着气化反应的进行颗粒中小于10 nm的孔逐渐增多,而大于10 nm的孔分布状态变化不大。     

宁东煤煤焦-CO2气化反应特性的原位研究

以典型宁东煤-梅花井烟煤和羊场湾烟煤焦为气化样品,并与典型气化用煤-神府烟煤焦对比,采用热重分析仪及高温热台-光学显微镜联用系统原位研究煤焦气化反应活性,并结合焦样理化结构特性的系统表征对其进行关联解释。结果表明,在相同气化温度下,三种煤焦的气化反应活性大小顺序为：羊场湾烟煤焦 > 梅花井烟煤焦 > 神府烟煤焦。由高温热台实验原位研究可知,随着煤焦-CO₂反应的进行,大部分煤焦颗粒反应形式以颗粒收缩进行,到达反应中后期,反应由颗粒收缩转变为缩芯形式,并通过投射面积收缩率可发现,相同反应时间下,羊场湾烟煤焦的投射面积收缩率最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。气化反应活性的差异主要归因于不同煤焦理化性质间的差异：羊场湾烟煤焦的比表面积、炭结构无序化程度和K、Na、Ca总含量最大,其后依次为梅花井烟煤焦和神府烟煤焦。     

准东高碱煤气化过程中碱金属迁移与结渣特性实验研究

利用循环流化床对天池木垒高碱煤进行了气化实验研究,获得了天池木垒高碱煤在循环流化床上的结渣特性及碱金属迁移规律,并对实验中出现的床内颗粒聚团现象进行了分析。结果表明,不同存在形态的碱金属在煤气化过程中的迁移规律不同,水溶钠和醋酸铵溶钠在煤气化过程中以气态形式析出,不溶钠主要存在半焦中;随着气化温度升高,底渣和煤气中钠含量增加,飞灰中钠含量减少;尾部管道温度降低过程中,煤气中钠的冷凝速率明显高于钾;天池木垒高碱煤气化过程中容易引起床内颗粒聚团,床温越高,颗粒聚团现象越明显,床温波动越大;碱金属与灰分中矿物成分及床料中SiO₂反应生成黏性低温共熔物是导致颗粒聚团的关键。     

原煤可磨性对气流床粉煤气化混配煤煤粉均匀程度的影响

以气流床粉煤气化工业装置不同时期的两组进料煤粉为研究对象,在实验室按粒径对两组煤粉进行了筛分分组,对分组后子煤粉进行了煤质、煤灰特性及反应活性分析,研究了原煤可磨性差异对混配磨制后煤粉均匀程度的影响。结果表明,原煤可磨性对混煤煤粉的颗粒粒径分布及其均匀性均具有影响。混配磨制煤粉的粒径主要取决于原煤中可磨性指数较小的原煤,此原煤可磨性指数越小,煤粉颗粒粒径越大;可磨性相近的原煤混配制得的煤粉混合较均匀,可磨性差异较大的原煤混配煤粉混合不均,煤粉发生偏析,使得大颗粒煤粉中含有过多的难磨煤,导致煤粉的反应性能变差。     

室温固相研磨制备椭球形活性碳酸钙

以Span60为添加剂,利用Ca(Ac)2.H2O与Na2CO3在室温下进行固相研磨反应合成椭球形活性碳酸钙,考察了Span60用量对样品活性、分散性的影响。用X射线衍射仪(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)、粒度分析等手段对所得样品进行了表征,探讨了椭球形碳酸钙的形成机理。结果表明,Span60对碳酸钙粒子的结构和形貌具有调控作用,微米级椭球形碳酸钙是由纳米级小颗粒组装而成。在Span60的用量4%的条件下,可制得活性高、分散性好、粒度为1~3μm的椭球形碳酸钙。     

神府烟煤水煤浆快速热解焦结构演化及其反应性的研究

利用高频热解装置对神府烟煤水煤浆及其原煤进行了600~1 200 ℃条件下的快速热解实验,考察了两者快速热解后的煤焦产率、焦-C产率随热解温度的变化规律.利用XRD、氮气气体吸附法、SEM等测试手段对比分析了水煤浆及煤粉热解后煤焦的微晶结构、孔隙特征及表观结构;在热重分析仪上进行CO₂气化反应活性的测定,对比了水煤浆和煤粉热解后煤焦的气化活性.实验表明,随着热解温度的升高,水煤浆和煤粉的热解焦产率、焦-C产率均逐渐降低,热解温度低于900 ℃时,两者热解焦产率、焦-C产率趋于一致,热解温度高于900 ℃时,水煤浆热解焦产率和焦-C产率明显低于煤粉热解焦;高温热解条件下,水煤浆热解焦的微晶有序化程度比煤粉热解焦略高,比表面积明显高于煤粉热解焦,水煤浆热解焦的气化活性优于煤粉热解焦.     

高炉风温下煤粉与废塑料混合燃烧试验研究

为了研究向高炉中混合喷吹废塑料和煤粉的可行性,在模拟高炉喷吹风温条件下改变空气流量、混合试样中的废塑料颗粒粒径和混合掺入废塑料比例进行燃烧性能(平均燃烧速率)研究.结果表明:空气流量对燃烧平均速率影响最为显著,其次是塑料比例,塑料粒度对混合试样燃烧平均速率的影响最小;在高温燃烧下废塑料所产生的灰烬量低于煤粉.     

城市土壤不同颗粒中重金属的分布及其对人体吸入重金属的影响

采集了9个不同质地的城市土壤,按颗粒大小分为6个粒级,分别测定了4种重金属(Cu、Cd、Co和Pb)的全量和有效态含量。结果表明,细颗粒中重金属有明显的富集,其中<0.002 mm粒组的重金属含量约为土壤的1.57~13.95倍。有效态重金属占其总量的比例一般是0.250~0.125 mm和0.125~0.050 mm粒组高于其它粒组。质地对重金属在不同颗粒中的分配有很大的影响;虽然重金属含量一般是质地较黏的土壤高于质地不黏的土壤,但砂质土壤中细颗粒组分中的重金属的含量却一般要高于黏质土壤的相应粒组。因此,在相同的重金属含量条件下,砂质土壤对人体的潜在影响要远高于黏质土壤。     

基于燃烧实验的卫燃带结渣特性分析

将两种结渣倾向对比明显的煤粉送入均匀布置有三种卫燃带耐火材料板的煤粉炉内进行燃烧,待燃烧完成后观察不同煤种在不同卫燃带耐火材料板表面的结渣特性,并对卫燃带耐火材料板横断面进行能谱分析,得出不同条件下煤灰对卫燃带耐火材料板的侵蚀程度。实验结果表明,随炉内温度的升高,卫燃带耐火材料板表面的结渣程度以及煤灰对卫燃带耐火材料板的渗透、侵蚀程度均随之增大,特别是当炉温高于煤灰熔融温度时,卫燃带耐火材料板表面结渣程度将急剧增大;锅炉实际运行中,若可保证卫燃带表面温度在锅炉最高负荷时不超过所燃煤种的煤灰熔融温度,便可有效减少卫燃带表面结渣的可能性;碳化硅质卫燃带相对于刚玉质卫燃带具有优越的抗结渣性能。     

钠改型天然斜发沸石对铵离子的交换性能

对分别来自国内三个产地和澳大利亚的沸石样品进行了铵离子交换性能的研究。在25℃下了样品的交换速率曲线。利用Verrmeulen's模型处理动力学数据，计算得到扩散系数，与文献报道的结果相一致，并发现不同样品的扩散系数与其致密程度相关。将粒度200mesh的沸石分别用三种不同方法聚集为颗粒，并测定了表观的扩散系数，均高于原颗粒的扩散系数，其中凝胶颗粒提高了一个数量级。     

工业气化装置原料煤及残余物气化反应特性研究

考察了某工业气化装置中的原煤、滤饼及除沫器灰渣在不同温度下与水蒸气和CO₂的气化反应特性,采用扫描电子显微镜和吸附仪测试了样品的初始结构及表面特性。研究表明,采用相同气化剂进行气化反应时,原煤的气化活性要高于除沫器灰渣,而除沫器灰渣的气化活性则与滤饼相近,但略好于滤饼。这主要是由于三种样品的表面和内部结构存在很大的差异。由于水蒸气和CO₂与样品的反应机理存在差异,使得样品的水蒸气气化活性比CO₂气化活性高三倍左右。     

基于煤气化细渣构建碳基氧还原催化剂及其催化性能研究

气化细渣是煤气化过程产生的一种含碳量较高的固体废弃物。经炭灰分离得到的高炭是制备炭材料的潜在碳源。本研究以气化细渣浮选-酸洗后的高炭为前驱体，通过高温活化制备了氮掺杂碳基催化剂，结合拉曼光谱、XPS和SEM等表征，探究了活化剂比例和氮源对催化剂理化特性的影响，揭示了两者与催化剂氧还原性能的内在关联，验证了气化细渣作为原料制备碳基氧还原催化剂的可行性。结果表明，随着活化剂KOH比例的增加，碳基催化剂的氧还原催化性能先增加后减小，当高炭和KOH质量比为1∶4时其催化性能最优。此外，相较于氯化铵，以三聚氰胺作为氮源具有更强的氮掺杂效应，使得CKN₆-143催化剂的起始电位可达0.87 V（vs. RHE），极限扩散电流密度为4.95 mA/cm²，平均电子转移数为3.82，表现出良好的电催化性能，为气化细渣的高值化利用奠定了基础。     

稻壳气化过程中碳微观结构及气化活性演变历程研究

为探究高倍率循环流化床气化过程中生物质中碳微观结构及气化活性演变规律,在实验室固定床反应装置上对稻壳进行了高循环倍率气化过程模拟,并对稻壳热解焦及其不同次数循环气化后样品的孔隙结构、碳微观结构及气化活性进行了研究。结果表明,随着循环次数的增加,焦的比表面积呈现先增大后减小的趋势,但不同次数循环后焦的BET比表面积均明显高于稻壳热解焦。随着循环气化过程的进行,焦中碳的I_(D1)/I_G不断减小,即焦中碳结构有序程度不断提高,而A_(D3+D4)相对含量则先减小后稍有增加,但与热解焦相比均有所减小。在实验条件下不同次数循环后焦的气化活性均优于其热解焦,且随着循环次数的增加,焦的CO_2气化反应活性不断提高。