循环流化床煤气化炉灰渣的组成结构特征与热转化性能

通过工业分析、元素分析和傅里叶红外光谱测试基于循环流化床的新疆准东煤(ZDC)气化灰渣(FA：飞灰;BA：底渣),获得灰渣的基本性质和官能团种类。结果显示,BA的灰分含量高达99.30%,而FA的固定碳和碳元素含量较高,分别为69.30%和73.78%。进一步采用Raman、XRPES和SEM表征ZDC和FA的碳质形式和表面形貌,利用TG-DTG技术考察ZDC和FA的热解、燃烧和气化反应特性。XRPES结果显示,FA表面C元素含量为89.42%,主要以>C-C<和>C-H的形式存在,而O元素主要以>C=O的形式存在。碱土金属Ca与上述涉碳官能团结合,导致FA无序程度较高。SEM观察到熔融矿物质球形颗粒附着和镶嵌在FA表面和孔道中,导致表面粗糙多孔。热转化特性显示,FA的热解和燃烧最大失重速率峰温度均较ZDC明显升高,表明FA的热解和燃烧性能降低。然而,FA的100%碳转化率所用气化时间仅为ZDC的一半,气化性能显著提高,原因在于FA具有发达的孔道结构、较多的无定形碳及丰富的活性位点,强化了气化剂CO₂的扩散过程。因此,FA可直接回收用作循环...     

生物质灰添加对无烟煤煤焦气化特性的影响

以遵义无烟煤煤焦为气化原料,以稻草灰和棉秆灰为生物质灰添加剂,基于热重分析仪开展焦样-CO_2等温气化实验,以探究生物质灰添加对煤焦气化反应特性的影响,并基于气化过程焦样固体结构演变对其进行关联解释。研究表明,稻草灰和棉杆灰的添加有利于提高煤焦气化反应活性,这主要归因于生物质灰添加有利于气化过程煤焦活性矿物质含量增加和碳结构有序度降低。且稻草灰和棉秆灰的添加对焦样气化反应活性的增加幅度随气化温度升高而减小,这可解释为生物质灰添加对气化过程煤焦活性矿物质含量增加和碳结构有序度降低的幅度随气化温度升高而减小。此外,棉秆灰对煤焦气化反应活性的促进作用较稻草灰更为显著,这主要由于棉杆灰的添加对气化半焦中活性AAEM含量的增加作用以及碳结构石墨化进程的抑制作用更加明显。     

煤灰对玉米秸秆焦气化过程中固钾及其灰熔融性的研究

在管式炉中,研究了煤灰对玉米秸秆焦在不同气化条件下钾的固留率和灰渣熔融性的影响。采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)以及灰熔点测定仪等检测表征手段对气化灰渣中的钾元素含量、矿物质组成以及其熔融点进行了分析。实验以高岭土为参考,研究发现,煤灰如同高岭土具有一定的固钾能力,且随着添加量的增加钾固留率呈现增加的趋势,同时灰渣熔点也得到了提升。灰渣产物的XRD组成分析表明,挥发至气相中的钾以及灰渣中以熔融态存在的钾盐与煤灰中的硅铝化合物反应生成了高熔点的KAlSi_3O_8、KAlSi_2O_6和KAlSiO_4,从而达到固钾的效果并提升了灰渣的熔点。     

配煤灰渣中矿物质在高温中转变的定量分析及其对结渣的影响

利用沉降炉系统对榆林和平朔的配煤进行结渣特性实验,测定不同实验温度下煤的结渣指数,并利用X射线衍射分析(XRD)对灰渣中矿物质组成进行了定量分析。结果表明,灰渣中主要存在四种结晶矿物质分别为氧化铁、钙长石、莫来石、氧化硅,以及无定形的玻璃体。其中,灰中氧化铁含量和灰渣中钙长石、莫来石含量对燃煤的结渣倾向性起显著性影响;灰中氧化铁和灰渣中钙长石含量越高、灰渣中的莫来石含量越低,煤燃烧的结渣倾向性越大。通过配煤可以降低煤灰中的氧化铁含量,并降低灰渣中的钙长石生成量和提高灰渣中的莫来石生成量,从而显著降低神木类煤的结渣倾向性。     

棕榈壳焦CO2气化过程中反应性及结构特性研究

850℃下,利用管式炉制备了不同转化率的棕榈壳CO₂气化焦,通过热重分析仪研究了气化焦的CO₂气化反应性,采用比表面积分析、拉曼光谱、X射线荧光光谱和扫描电镜-能谱等分析手段,考察了气化焦孔隙结构、碳组成、矿物元素含量与分布随转化率的变化。结果表明,在CO₂气化过程中,随着转化率的提高,棕榈壳气化焦固定碳的含量逐渐降低,有序化碳的相对含量为0.30~0.33,对气化过程起到一定的抑制作用;灰分含量逐渐增加,但气化反应指数R_s呈现先降低后升高的过程。转化率小于23%时,R_s与气化焦比表面积的变化趋势一致;23%< 转化率< 31%时,R_s基本不变;31%< 转化率< 68%时,比表面积随转化率线性增加,R_s取决于孔隙比表面积、矿物元素催化2个因素的协同作用,当转化率> 56 %时,该催化作用变得明显,同时碳的有序化程度开始降低;转化率> 68%时,R_s主要受矿物元素的催化作用控制。     

Quantitative analysis of minerals of blended coal ash at high temperature and its influence on slagging

利用沉降炉系统对榆林和平朔的配煤进行结渣特性实验,测定不同实验温度下煤的结渣指数,并利用X射线衍射分析(XRD)对灰渣中矿物质组成进行了定量分析.结果表明,灰渣中主要存在四种结晶矿物质分别为氧化铁、钙长石、莫来石、氧化硅,以及无定形的玻璃体.其中,灰中氧化铁含量和灰渣中钙长石、莫来石含量对燃煤的结渣倾向性起显著性影响;灰中氧化铁和灰渣中钙长石含量越高、灰渣中的莫来石含量越低,煤燃烧的结渣倾向性越大.通过配煤可以降低煤灰中的氧化铁含量,并降低灰渣中的钙长石生成量和提高灰渣中的莫来石生成量,从而显著降低神木类煤的结渣倾向性.     

工业废液碱对福建无烟煤水蒸气催化气化的实验室研究

在Φ28mm的反应管中，采用工业废液碱用于福建无烟煤固定床水蒸气气化实验。结果表明，该废液碱对福建无烟煤气化有很强的催化活性。在添加3％－12％废液碱的情况下，碳转化率均比无催化剂时增加2.55倍－3．93倍，明显大于添加以Na2CO3为催化剂的碳转化率。同时该废液碱对煤气组成，产气量和煤气热值均有明显提高。在催化气化的同时加入适量的脱碱剂可极大地降低灰渣中的含碱量。     

糠醛渣对气化煤灰熔融特性影响的研究

本研究选择一种典型糠醛渣和两种硅铝比(Si/Al)不同的气化煤,考察配入糠醛渣对两种气化煤灰熔融温度的影响,利用X射线衍射仪(XRD)分析了不同温度下灰渣的矿物质变化规律,采用热力学计算软件FactSage计算了平衡状态下的物相变化。研究结果表明,随着糠醛渣配比的增加,两种气化煤灰的熔融温度均呈现先增加后降低的趋势,其中,高硅铝比的气化煤灰增加趋势更显著。配入糠醛渣后气化灰渣难熔相由钙长石(CaAl₂Si₂O₈)变为白榴石(KAlSi₂O₆),白榴石(KAlSi₂O₆)在1300℃仍以固相形式存在,导致灰熔融温度升高。硅铝比高的气化煤灰的SiO₂相对含量高,其与糠醛渣中的K₂O反应生成更多高熔点的白榴石(KAlSi₂O₆),导致其熔融温度升高趋势更显著。随着糠醛渣配比的继续增加,共气化灰渣中K₂O含量增加,灰渣中形成低熔点的钾...     

高变质粉煤催化气化碱渣的煅烧脱碱

对福建五种高变质煤(永安、加福、尤溪、大田及永春煤)催化气化后的含碱灰渣进行煅烧脱碱研究.灰渣中碱含量随煅烧温度的升高及煅烧时间的延长而降低, 870 ℃煅烧30 min～40 min灰渣中碱含量趋于定值,脱碱率均达90%以上;X射线粉晶衍射及能谱分析表明,脱碱过程的实质是含碱灰渣中被活化的主要物质SiO2、Al2O3与灰渣中的碱性物质Na2O发生化学反应,生成难溶于水的钠铝复合硅酸盐的固相反应过程;表观动力学研究结果表明,该脱碱反应属一级反应,反应速率常数随煤渣中硅铝比的增加而增大,给出的反应速率常数随煤渣中硅铝比变化的关系方程,相关系数为0.99175,可用以预测任一已知含碱煤渣或不同Si/Al比的煤渣在不同煅烧温度下的脱碱反应速率常数,得出最佳的煅烧脱碱时间,为“煤催化气化-煅烧脱碱“集成式工艺工业应用提供基础数据.     

钾催化的石油焦/水蒸气气化反应活性及产氢特性

在固定床反应器中考察了钾盐对金山石油焦/水蒸气气化反应活性和产氢特性的影响,并与石油焦/水蒸气非催化气化反应特性进行了对比研究。研究结果表明,钾盐不仅能有效降低气化反应温度、改善石油焦的气化反应活性,而且能够促进气化反应过程中发生的各种反应(碳/水反应、水煤气变换和甲烷/水蒸气重整反应)。随着气化温度的升高,非催化气化的产物气中H₂的含量逐渐增加,而催化气化的产物气中H₂的含量则有所降低,这是由于非催化和催化气化条件下水煤气变换反应处于不同的状态。与非催化气化相比,催化气化条件下单位质量石油焦完全气化生成的产物气中H₂不仅产率高,而且含量也高(非催化和催化气化条件下H₂的含量分别为47.2%~54.1%和55.0%~60.4%)。各种钾盐对石油焦/水蒸气气化反应的催化活性顺序为:K₂CO₃>KAc>KNO₃>K₂SO₄>KCl,但不同的钾盐对气体产物分布的影响较小。     

神华煤流化床气化带出细粉的粒径分离及分离后细粉的CO_2气化特性研究

按粒径将神华煤流化床气化带出细粉(简称细粉)依次筛分为七个组分。采用工业分析仪、元素分析仪、热重分析仪、X射线粉末衍射仪、物理吸附仪等对各组分细粉的基本物化特性、CO2恒温和程序升温气化行为进行了考察。在此基础上,对气化活性差异及其原因进行初步探索。结果表明,细粉经历部分气化后,由于挥发分的析出,细粉的固定碳含量较原煤高,但较相应半焦低。细粉的粒径分布范围较宽,呈近似"M"形分布。随细粉粒径减小,灰分含量增大,而含碳量减少。CO2恒温气化与程序升温气化获得的气化反应活性顺序一致:均随细粉粒径的减小先逐渐降低而后又逐渐升高。不同细粉气化反应活性的差异与其自身的石墨化程度及灰分含量有关,而在研究实验条件下与孔径结构关系不大。     

农林废弃生物质与煤共气化灰渣的理化特性研究进展

农林废弃生物质与煤共气化通过充分利用两者的相似性和互补性,实现原料转化过程的节能、低碳、清洁高效。原料灰渣的理化特性是影响共气化稳定运行的关键因素之一,成为了共气化研究关注的重点。本综述主要从农林废弃生物质灰与煤灰的共性与差异、混合灰渣熔融与黏温特性、混合灰中碱/碱土金属对共气化反应性和结渣过程烧结行为的影响等方面,梳理了世界各国农林废弃生物质与煤共气化灰渣理化特性的研究现状。总结分析了添加农林废弃生物质对混合灰熔融流动、烧结行为的影响机制,归纳了混合灰熔融特征、黏温及结渣特性的预测模型与方法,并提出了农林废弃生物质与煤共气化灰渣的未来研究重点。     

污泥水分含量对其空气气化特性的影响(英文)

利用外热式下吸固定床气化实验装置,研究了在一定的空气流量(0.05 m3/h)、气化温度(800℃)下污泥水分含量对3种不同性质污泥空气气化特性的影响。结果表明,气化气中CO2、CH4和H2含量、气化气热值以及水相生成量均随污泥水分含量的增加而增加,而CO含量和焦油生成量呈降低趋势。污泥厌氧消化使气化气中CO、CH4、H2、CmHn含量以及气化气品质降低;而污水处理工艺中的厌氧过程可改善气化气品质,其中来自A2/O工艺消化污泥的气化气品质高于普通活性污泥法消化污泥的气化气品质。随着污泥水分含量的增加,2种不同污水处理工艺产生的消化污泥气化气中CO、CO2和H2含量的差距逐渐加大,来自于同一A2/O工艺的消化与未消化污泥气化气中H2和CO2含量的差距亦逐渐加大,而消化与未消化污泥气化气中CO含量的差距则逐渐接近。     

天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气实验研究

在一个小型鼓泡流化床反应器上以Ar气为流化介质,对以天然铁矿石为氧载体的生物质化学链气化制合成气过程进行了研究。考察了反应温度对合成气组分、气体产率、碳转化率以及气化效率的影响,反应时间对合成气组分的影响;探讨了氧载体存在对生物质气化过程的影响。结果表明,天然铁矿石可以作为生物质化学链气化制合成气反应过程的氧载体,代替富氧空气或高温水蒸气作为生物质气化的气化剂;随着温度的升高,产物气体中CO、H₂的浓度逐渐增加,CO₂、CH₄浓度缓慢降低;随着反应时间的延长,合成气中H₂、CO、CH₄的相对浓度缓慢增加,而CO₂相对浓度逐渐降低;氧载体的存在能显著提高气体产率和碳的转化率及气化效率。扫描电镜-能谱(SEM-EDS)分析表明,当超过850 ℃时,铁矿石氧载体颗粒表面烧结现象明显,但反应前后,颗粒表面的成分及含量基本保持不变。     

水煤浆气化细渣的组成结构特征及干法脱炭研究

本研究以水煤浆气化细渣(CWSFS)为研究对象,将其通过湿法筛分分级,采用工业分析、XRF、XRD、BET、SEM等手段考察粒度组成与结构特征的关系,并提出CWSFS的分类方法,用以指导煤气化灰渣的分质高值化利用;再采用粉碎解离-气流分级联合处理方法开展了水煤浆气化细渣的干法分选研究。结果表明,不同粒级CWSFS,在固定碳含量、灰组成、矿物类型上有明显差异。≥74μm粒级的CWSFS中,固定碳含量>60%、发热量>20 MJ/kg,比表面积较高,主要为残炭,并含有磁铁矿和板钛矿;13-74μm粒级的CWSFS中,固定碳含量为20%-60%、发热量为11-19 MJ/kg,比表面积较小,矿物类型主要为辉石、白铁矿和赤铁矿等;0-13μm粒级的CWSFS中,固定碳含量低于20%、发热量低于10 MJ/kg,主要为富含铝、铁、钙等非晶态玻璃相、石英和少量铁橄榄石、白云母等矿物。根据不同粒级CWSFS的特征,将上述三个组分分别定义为高炭组分、中炭组分和低炭组分。干法分选试验表明,与圆盘粉碎-分级工艺相比,采用气流粉碎-分级工艺可获得产率为29.60%、烧失量高达93.76%的产品,...     

无烟粉煤催化气化含碱灰渣的锻烧无害化

报道了福建劣质无烟粉煤催化气化含碱灰渣在一内径φ32mm的实验室固定床模试装置中的煅烧研究。对水蒸汽油催化和混合气（空气/水蒸汽）催化气化的两种含碱灰渣进行煅烧处理,生成了难溶性的硅酸复盐。当煅烧温度870℃-900℃、煅烧时间25min-30min,可以达到85W/%以上的脱碱率;而3W/%脱碱助剂的加入,可使脱碱率提高到95W/%以上,实现了含碱灰渣的煅烧无害化。粉煤催化气化制度与含碱灰渣煅烧制度的一致性提供了科学地实现“催化气化-灰渣煅烧”集成式流化床新工艺的理论依据,加速了催化气化的工业化进程。     

生物质气化发电厂灰渣中微量元素的分布与富集规律

采用电感耦合等离子体发射光谱仪,研究了生物质气化发电厂灰渣中元素As、Al、Br、Ca、Cd、Cl、Cr、Cu、F、Fe、Ga、K、Mg、Mn、Na、Ni、P、Pb、S、Si、Sr、Ti、Zn在气化器底灰、淋洗器灰和旋风分离器灰中的质量分数,并分析了这些元素在不同粒径3种灰渣中的分布规律。结果表明,大部分极易挥发的元素,如卤族元素、碱金属元素主要在淋洗器中存在,表明了它们在飞灰颗粒中的富集。旋风分离器灰在灰渣中所占比例为10%左右,以粗灰为主,灰中Fe、Si、Ni、Pb、Zn、Cr、Cd为多;表明了此灰中重金属元素积累。在气化炉底灰中以K、S、Mn、Cu为主。元素随颗粒物粒径大小和元素性质的不同,呈现不同的富集规律。     

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。     

两段式固定床富氧－水蒸气气化实验研究

以玉米芯颗粒为原料在两段式固定床气化装置上进行了气化实验,考察了当量比ER、富氧浓度OC和水蒸气配比S/B对气化温度、气化气组分、低位热值、气体产率、气化效率和碳转化率等参数的影响,并比较了两段式固定床与传统下吸式固定床的气化特性。实验结果表明,当量比为0.27时H₂的体积分数、CO的体积分数和气化效率达到最大值;增加富氧浓度能优化气化效果,但富氧浓度大于90%后,燃气质量和气化效率均提高不大;增加S/B能提高H₂的体积分数,但同时会降低CO的体积分数、气体热值、气化效率;当S/B为0.6时,氢气的体积分数达最高值33.3%,H₂/CO比为1.32;相比于传统固定床,两段式固定床气化可明显提高气化温度、氢气的体积分数、碳转化率和气化效率,降低焦油含量。     

压力对加压煤气化过程中氮释放的影响

为了解大型加压煤气化过程中污染物分布状态及其影响因素,着重研究了压力对加压大型煤气化过程中氮释放的影响。对晋城无烟煤在φ800 mm加压灰熔聚流化床煤气化实验进行跟踪采样分析,水蒸气和氧气作为气化介质(Steam/O₂≈3/1, 体积比),气化炉内反应温度为1 000℃,考察0.6、1.0、1.5、2.0 MPa四种气化压力下氮化物在产物中的分布。结果表明,氮元素主要分布在气相产物中,随着气化压力增大固相产物中的氮含量增加,气相产物的氮含量先增加,在1.0 MPa以后呈现略微下降的趋势,并通过对比分析晋城无烟煤和气化底渣的氮赋存形态,从微观层面进一步探讨压力对氮分布规律的影响方式。