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煤制天然气技术
基于粒度分级的煤气化细渣特性分析及利用研究
作者:化小北 来源:煤化工信息网 浏览次数:2044次 更新时间:2021-07-09

  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。

  随粒级减小,煤气化细渣各粒级灰分基本呈增大趋势,榆林水煤浆炉气化细渣样品,主导粒级为<0.045 mm,产率为36.93%,灰分达78.95%,固定碳较低;0.250~0.125 mm粒级含量较高,产率为32.36%,灰分为23.96%,固定碳较高,具有综合回收利用价值。随着粒度减小,各粒级灰分整体呈增大趋势,其中>0.5 mm粒级灰分较高,但其产率低,仅为1.03%,故不再对该粒级样品单独处理。对各粒级样品综合计算,>0.125 mm粒级产率为47.66%,灰分为22.99%;>0.074 mm粒级产率为56.91%,灰分为26.90%;>0.045 mm粒级产率为63.07%,灰分为29.70%,可以发现,该煤气化细渣具有显著的粒度特性规律,不同粒级样品碳灰含量差异明显,通过粒度分级即可实现较好的碳灰分离,在浮选等分选方法效率不高的情况下,筛分分级可作为一种简单有效的碳灰分离方法进行深入研究。

  榆林煤气化细渣样品灰成分表明,各粒级中均含有较多的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量SO3、K2O、Na2O、TiO2、MgO。<500 μm各粒级中,氧化物含量比例相差不大,SiO2和Al2O3含量较高,特别是125~250 μm粒级,SiO2含量达44.7%,Al2O3含量为24.0%;>500 μm粒级氧化物含量呈不同的分布规律,CaO含量最大,为37.1%,SiO2含量为19.8%,Fe2O3含量为13.9%,SO3和Al2O3含量分别为9.51%和9.34%。除>500 μm粒级,其余各粒级的SiO2+Al2O3+Fe2O3含量均>70%。

  榆林煤气化细渣各粒级的扫描电镜图片显示,煤气化细渣微观形貌主要由多孔基体、单独的不规则颗粒、黏附于多孔基体上小颗粒以及圆球颗粒组成,各形貌呈相互混杂、附着、包裹状态。

  对榆林煤气化细渣各粒级产品进行孔隙结构分析。

  榆林煤气化细渣具有丰富的比表面积与孔隙结构,因此有必要对其吸附性能进行深入研究,分别对各粒级进行碘吸附及苯酚吸附值测定,同时以市售煤质活性炭与木质活性炭进行比对,以充分模拟其吸附与处理废水能力。

  为了充分研究榆林煤气化细渣的各粒级的燃烧特性,与工业园区燃料用煤及一种无烟煤作比对,燃料煤固定碳为59.41%、灰分为6.42%、挥发分为34.20%;无烟煤固定碳为69.88%、灰分为23.17%、挥发分为6.95%。

  通过对榆林水煤浆炉气化细渣、驻马店粉煤炉气化细渣、鄂尔多斯水煤浆炉气化细渣、鄂尔多斯粉煤炉气化细渣的粒度特性进行分析,表明煤气化细渣各粒级灰分基本随粒级减小呈增大趋势,通过粒度分级可实现较好的碳灰分离,在浮选等分选方法效率不高的情况下,粒度分级可作为一种简单有效的碳灰分离方法进行深入研究。

  榆林煤气化细渣各粒级均含有较多的SiO2、Al2O3、Fe2O3、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,各形貌呈相互混杂、附着、包裹状态,结构中均含有C元素。该煤气化细渣孔隙发达,以中微孔为主,比表面积丰富,粗粒度级产品具有相对更强的吸附特性,因此,可通过筛分分级工艺,将粗粒级产品分离富集,作为高价值吸附材料进行利用。

  与气化燃料煤相比,气化细渣各粒级燃烧的特征温度均显著提高。从着火温度看,除<45 um外,着火特征温度均高于无烟煤;由于气化细渣存在丰富的孔隙率,增大了焦炭颗粒与氧气的接触面积,使燃烧后阶段的燃烧峰值温度低于无烟煤,且燃尽温度显著低于无烟煤。