灰渣对煤炭地下气化催化效果的初步研究
灰化学在煤气化中的应用 - 中国科学院山西煤炭化学研究所

2013.11.13
灰化学在煤气化中的应用
中科院山西煤化所
李文
liwen@
1
气流床气化用煤质的调控-灰化学
●高温下,煤中有机质气化活性的差别已经很小
●煤中矿物质成为影响气流床运行的重要因素
●灰分消耗反应热(升温、熔化、转化)
●A增加1%: 氧耗0.7-0.8%
煤耗 1.3-1.5%
●灰熔点高,无法液态排渣
●灰粘度突变会引起堵塞,影响运行
2
煤气化核心问题-化学角度
煤化学角度煤= 复杂有机质+ 矿物质
900 1000 1100 1200 1300 1400不同煤种反应性气化反应性随温度变化
含碳物质的转化-煤化学矿物质的热转化-灰化学
气流床气化炉运行记录
非正常停车中约45%
为排渣不畅引起的灰熔融温度
黏温特性煤气化核心问题-运行角度
煤灰成分不合适温度和煤灰组成不匹配
灰化学问题宏观
微观本质
气化过程的灰化学
矿物质飞灰熔渣
固态渣矿物质在炉内的演化历程:4种状态,3个过程
(1)矿物质转化为飞灰
(2)
飞灰转化为熔渣
(3)熔渣转化为固态渣液态排渣过程
煤的灰化学性质
●煤灰在高温下的变化
●煤灰熔融特性
煤灰的熔融温度:DT、ST、HT、FT ●煤灰黏温特性
粘度、粘温曲线类型、临界粘度温度Tcv。
灰碴特性对气化的影响-渭化经验

浅谈灰渣粘温特性对德士古液态排渣气化炉运行的影响一、前言德士古水煤浆气化工艺是将煤浆与氧气一起送入气化炉内,在高温下不完全氧化产生CO2、H2、CO等工艺气体做为后序制取合成氨、甲醇、发电等所用,其渣以熔融状态流入激冷室,渣凝固后随水排入锁渣罐,其灰渣的粘温特性直接决定气化炉操作温度,并影响耐火砖寿命、排渣及灰水中固含量等,从而影响气化炉装置的稳定运行。
灰渣的粘温特性、晶相结构等均与灰渣成分有关,本文仅从灰渣粘温特性方面讨论对德士古煤气化的影响,并简要分析灰渣成分对粘温特性的影响以便根据粘温特性及灰渣成分选择适合煤种,以保证德士古气化炉的稳定运行。
二、灰渣粘温特性对我厂生产运行的影响1.我厂生产(气化炉运行)情况我厂原料煤原设计用黄陵煤,由于其粘温特性差,致使我厂气化炉操作温度高、炉转损耗快、生产无法稳定运行,迫使我们于97年7月份改为华亭煤,该煤属侏罗纪后期烟煤,其灰渣粘温特性好,排渣呈玻璃状态,工艺参数呈直线,灰水中含固量少,压滤机启动次数减少至原来的1/3,从而使我厂生产得以稳定运行,产量大幅度上升,因气化原因导致停车次数明显减少。
原来频繁出现的管道、设备冲刷腐蚀、炉砖脱落快、热负荷高难以操作等问题相对减少,单炉连续运行49天,97年8月气化炉运转率达71.2%,然而进入98年以后,玻璃球状渣不复存在,代之而来的是大量得细渣,特别是从98年4月份以后,粗渣变为玻璃丝,结果导致下降管多次积渣,下降管与导气管之间环隙大量积灰,严重时整个激冷室被积灰充满;下降管多次烧穿,其中3#气化炉两次烧穿且鼓包严重,不得不更换一段下降管,由于灰水中含估量高,阀门多次磨穿,被迫停车,98年4-5月份每次投料后,渣口压差始终偏高不得不加过量氧气以提高温度熔渣,粗渣中Cr2O3含量已达到0.128%,表明炉温很高,但渣口压差依然不降低,后检查发现下降管结渣,生产无法进行,我公司决定从5月22日改用优质块煤及粉煤3:7混合后,气化炉工况好转,粗渣为玻璃球状,完全回到了去年试烧后的工况,几个月的艰辛历程,苦苦求索,使我们对煤的灰渣粘温度特性重要性有了更进一步的认识,深深体会到一个粘温特性好的煤质是德士古水煤浆加压气化正常的关键。
灰分对煤气化的影响

煤中的矿物质
• 混杂在煤中的无机矿物质(不包括游离水,但包 括化合水)。成分复杂,通常多为粘土、硫化物、 碳酸盐、氧化硅、硫酸盐等类矿物,含量变化也 较大。所含元素可达数十种,主要有硅、铝、铁、 钙、镁、钠、钾、硫、磷等。煤中矿物质按来源 可分为内在矿物质和外来矿物质。内在矿物质是 在成煤过程中形成的矿物质,其灰分称为内在灰 分(inherentash)。内在矿物质进一步分为原 生和次生两类,前者主要来自成煤植物,较难从 煤中分离出来,后者主要来自成煤过程和成煤后 地下水循环过程中带来的,在煤中呈层状、凸镜 状以及各种复杂形状。
• 2灰分对氧耗、煤耗影响
• 灰分是原料煤中的惰性物质,灰分含量增 大灰渣熔化吸收的热量增大,为了保证气 化炉顺利排渣和维持气化炉的热量平衡, 需要增加氧量来燃烧更多的碳原子。因为 燃烧了更多的碳原子,所以气化系统的氧 耗、煤耗增加。资料表明,在同样的气化 反应条件下,灰分每增加1%,氧耗增加 0.7%一0.8%,煤耗增大1.3%一1.5%.
国的国民经济意义重大。
煤炭的气化
• 煤炭气化是指煤在特定的设备内,在一定温度及 压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧 气等)发生一系列化学反应,将固体煤转化为含 有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可 燃气体的过程。煤炭气化时,必须具备三个条件, 即气化炉、气化剂、供给热量,三者缺一不可。 气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧 反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三 相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种 反应类型,即非均相气-固反应和均相的 气相反 应
• 3 气流床气化。它是一种并流气化,用气化剂将 粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内,也可将 煤粉先制成水煤浆,然后用泵打入气化炉内。煤 料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反 应和气化反应,灰渣以液态形式排出气化炉。
大型流化床锅炉的灰渣处理与利用技术研究

大型流化床锅炉的灰渣处理与利用技术研究大型流化床锅炉作为一种高效、清洁能源转换设备,被广泛应用于燃煤发电、工业生产以及城市供热等领域。
然而,其运行产生的灰渣问题一直是困扰行业的难题。
本文旨在研究大型流化床锅炉灰渣的处理与利用技术,以期提供有效的解决方案。
一、灰渣的特性与组成分析1. 灰渣的特性:灰渣是指燃煤过程中产生的固体废物,具有颗粒细小、高温、高含碱金属等特性。
2. 灰渣的组成:灰渣主要由无机物和部分有机物组成,无机物包括氧化物、硫酸盐、氯化物等,有机物主要是煤炭的残留物。
二、灰渣处理技术研究1. 灰渣的固化处理:固化技术是将灰渣与适量的水泥或其他固化材料混合,并通过压制、震动等加工方式,将其转化为块状物体。
固化处理可以降低灰渣的渗透性、增加强度,并减少对环境的污染。
2. 灰渣的再循环利用:通过进一步研究灰渣的物理、化学性质,可以探索将其用作建筑材料、填充材料、水泥添加剂等方面的再利用途径。
同时,灰渣中的有机物也可用于生物质能源的生产等领域。
三、灰渣利用技术研究1. 灰渣在建筑材料中的应用:灰渣具有硬化性能和韧性,可以作为建筑材料的补充材料,用于生产砖块、水泥等产品。
通过适当调整配比,可以提高材料的力学性能和耐久性,降低成本。
2. 灰渣在水泥添加剂中的应用:将灰渣作为水泥的混合料,可以改善水泥的工作性能和力学性能,促进水泥的早期和长期强度发展,并降低水泥的生产能耗和碳排放。
3. 灰渣在填充材料中的应用:通过研究灰渣的颗粒特性,可以将其应用于填充材料的生产中。
灰渣作为填充材料可以有效改善土壤性质,增加土地的利用价值。
四、灰渣处理技术的经济与环境影响评价1. 经济影响评价:对灰渣处理技术的经济评价主要包括投资成本、运行成本和产值回报等方面的考虑。
通过合理设计与优化流程,可以降低处理成本,提高经济效益。
2. 环境影响评价:针对灰渣处理过程中产生的废气、废水和固体废物等环境问题,应采取相应的控制措施。
煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究

煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究摘要:本文主要在对煤气化反应动力学研究的基础上,针对动力学模型构建,渣中残碳反应活性进行了分析,并且通过实验分析探讨了测定方法以及数据处理和数据分析的方法。
关键词:煤气化反应动力学渣中残碳反应活性动力学数据必须要通过连续测定煤在气化反应中的变化,获得连续变化的信息,从而了解气化反应的热动力学变化,从而全面准确地掌握煤气化反应规律。
一、煤气化反应动力学煤炭气化,简单来讲,就是在一定的压力和温度条件下在气化炉中使煤与气化剂发生反应。
在这个过程中,气化剂甲烷、氢气、一氧化碳的与煤反应的强烈各有不同,进而直接影响到气化炉反应的程度以及快慢、煤耗、氧耗,包括煤气中所产生的有效成分含量,加上不同的煤种,所对应的热力学性质和电优气化方式也会有所不同,为此,这一点引起广泛研究者的高度重视和广泛关注。
煤炭反应是在高温条件下进行一种化学反应,整个反应过程中,煤炭中的无机物会姓一定的晶相形态变化和物质组成,并最终转化为灰渣,而煤炭中大部分为有机物,它们在气化炉中与气化剂反应,进而转化为一氧化碳、氢气等可燃性气体。
总之,煤炭气化反应是一个相对复杂反应过程,这是由煤炭结构的多样性和复杂性所决定的,即便是实行单一的气化反应,其反应过程仍旧相对复杂。
二、动力学模型构建根据以上分析我们知道,煤结构具有多样性和复杂性,加上同一煤种或者不同煤种的组分的不同,气化反应存着较大差异,为此,对于不同条件下的气化反应规律,应该遵循不同的反应模型,加上不同模型的动力学参数的不同,因此,需要构建不同煤种、不同气化条件下的动力学模型。
前人曾在不同煤种和不同条件的基础上,提出了多样化的动力学模型,经过总结通常主要用到的动力学模型有缩核反应模型、均相反应模型、混合反应模型以及活化能分布模型等,以下作具体的说明:一是分布活化能模型,该反应模型早期主要用于对煤的热解过程的描述。
二是混合反应模型,该反应综合考虑了大量的经验因素。
工业废弃物对煤粉燃烧的催化研究

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UPo N PULVERI ZED CoAL CoM BUS oN TI
ZHAO ig, Jn HUANG e y CHENG u ZHOU u h CEN f Zh n u, J n, J n u, Kea
工 业废 奔物 对 大 燃 烧 钙 霞化 研 究 笙糟
赵 京 , 镇 宇 , 黄 程 军 , 俊 虎 , 可 法 周 岑
浙 江 大学 能源 清洁 利 用 国家重 点 实验 室 , 江 杭 州 3 0 2 浙 10 7 [ 摘 工业废 渣 ) 云贵 无烟 煤和 福 建无 烟煤 着 火温 对 要 ] 利 用热 天平研 究 了 7种 不 同工业废 弃 物 ( 度 的影 响 , 现 盐泥 2 锌渣 、 钢 和 莱钢 转 炉渣 对无 烟 煤 着 火温度 的 降低 有 着 良好 的 发 、 首 催 化作 用 , 催化 作 用 随着 工业废 渣 添加 比例 的 增加 而增 强 。通 过 对废 渣 成分 的 X D 且 R 分 析 , 现 这 些工业废 渣 中不 同程度 地合 有碱 金属 、 土金 属 的氧 化物 及 其 盐类 。将 几 发 碱
[ 文献 标识 码 ] A
[ 章 编 号] 文
1 2 — 3 6 2 1 O — 0 5— 05 00 3 4( 01 ) 8 02
3 4 2 1 0 . 2 1 [ O 编 号 ] 1 . 9 9 j is . 0 2—3 6 . 0 . 8 0 5 D I 0 3 6 / .s n 1 0
s u id。 h e u t h w h t t e s c n i i e m u zn i t , t em a i g sa r m h u a g t d e t e r s ls s o t a h e o d wh t l d, i cl e s e l k n l g fo s o g n e m a
煤炭燃烧产生灰渣的特性分析及资源化利用研究

煤炭燃烧产生灰渣的特性分析及资源化利用研究煤炭燃烧产生的灰渣是一种常见的固体废弃物,它对环境和人类健康造成了严重的影响。
然而,灰渣也是一种潜在的资源,通过合理的处理和利用,可以实现资源的循环利用,减少对环境的负面影响。
本文将对煤炭燃烧产生的灰渣的特性进行分析,并探讨其资源化利用的研究进展。
首先,煤炭燃烧产生的灰渣主要分为炉渣、飞灰和底渣三种类型。
炉渣是在燃烧过程中形成的固体残渣,主要由煤炭中的无机物质组成。
飞灰是燃烧过程中随烟气排放而产生的细小颗粒物,主要由煤炭中的无机物质和一部分有机物质组成。
底渣是在锅炉底部形成的固体残渣,主要由煤炭中的无机物质和一部分有机物质组成。
这三种灰渣的成分和性质有所不同,因此需要采用不同的处理方法和利用途径。
炉渣是煤炭燃烧过程中产生的主要固体废弃物,其主要成分是氧化物和硅酸盐。
炉渣的处理和利用主要包括水泥生产、路基建设和填埋等。
将炉渣用于水泥生产可以减少对天然资源的开采,降低环境污染,并且可以改善水泥的力学性能。
将炉渣用于路基建设可以提高路面的强度和稳定性,延长路面的使用寿命。
然而,炉渣的利用还面临着一些问题,如炉渣中的重金属元素对环境和人体健康的潜在风险以及炉渣的体积和重量对处理和利用的限制。
飞灰是煤炭燃烧过程中产生的细小颗粒物,其主要成分是氧化物、硅酸盐和碳。
飞灰的处理和利用主要包括水泥生产、混凝土制品生产和填埋等。
将飞灰用于水泥生产可以改善水泥的工作性能和耐久性,并且可以减少对天然资源的开采。
将飞灰用于混凝土制品生产可以提高混凝土的强度和耐久性,降低建筑材料的成本。
然而,飞灰的利用还面临着一些问题,如飞灰中的重金属元素对环境和人体健康的潜在风险以及飞灰的微细颗粒对空气质量和人体呼吸系统的影响。
底渣是煤炭燃烧过程中产生的锅炉底部的固体残渣,其主要成分是氧化物、硅酸盐和碳。
底渣的处理和利用主要包括填埋、回收利用和资源化利用等。
将底渣填埋可以减少对土地资源的占用,但会对地下水和土壤造成潜在的污染风险。
煤炭气化废渣资源化利用研究

煤炭气化废渣资源化利用研究随着经济的快速发展,中国的产业结构也在迅猛地转型升级。
为了满足工业生产的需要,我国的能源消费量不断攀升,特别是煤炭这一传统能源的消费量更是高居不下。
然而,煤炭开采、燃烧等过程会带来环境污染和大量的废渣产生。
为了达到可持续发展的目标,煤炭气化废渣的资源化利用显得尤为重要。
煤炭气化是一种将煤炭在高温和高压下分解成气体的过程。
在这个过程中,会产生一系列的废渣,如粘结渣、硫化氢沉淀物、CO2富集废气等。
由于这些废渣含有各种有用的化学成分,因此将其进行资源化利用,既可以降低环境污染的影响,又能提高资源的利用率。
在当前的技术水平下,煤炭气化废渣的资源化利用主要分为以下几种情况:一、粘结渣的利用粘结渣是煤炭气化过程中产生的一种灰黑色的固体物质。
这种渣是由煤的灰分和质炭等组成。
粘结渣不仅能用来制作水泥、砖块等建筑材料,还可以用来制作活性炭和气凝胶材料等。
其中,活性炭的制备过程是将粘结渣与氢氧化钾、碳酸钠等反应后,再经过600℃以上高温炭化制得的。
二、含钙废渣的利用含钙废渣是煤炭气化过程中产生的一种灰白色的固体物质。
这种渣主要是由钙和硫组成,可以用来制造制糖剂、降低水中重金属离子含量的吸附剂等。
此外,含钙废渣还可以用来作为肥料原料,有助于提高土壤的肥力。
三、硫化氢沉淀物的利用煤炭气化过程中,一部分在高温下分解的硫化物质会生成硫化氢沉淀物。
这种物质具有很好的吸附性能,可以用来净化大气中的二氧化硫、甲苯和苯等有机污染物。
同时,硫化氢沉淀物也可以作为锂离子电池和超级电容器等电子元件的正电极材料。
四、 CO2富集废气的利用煤炭气化过程中会产生大量的废气,其中CO2的含量可达90%以上。
目前,科学家们正在探索将CO2富集废气转化为高附加值的化学品和燃料的方法。
例如,将CO2与氢气反应,可以制备生物燃料、甲醇等。
煤炭气化废渣的资源化利用有着广阔的发展前景。
然而,在实践中,还需要克服一些技术难题,如废渣含量的稳定性、回收利用的经济性等问题。
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剂 主要 是钾 、 、 、 和镍 的化 合物 , 钠 钙 铁 适于 催化 C O— H O 主要 是铁 、 、 和钠 等 , 于催 化 C C C 钙 钾 适 —O 和 — O 的催 化剂 主 要 是 钾 、 和钙 的 化合 物 , 于催 化 钠 适 C H 反应 的催 化剂 主要是铁 和镍 的化合 物.4 — _ ]
地 下催化 气化 的构想 .
Байду номын сангаас
下煤 炭资源原 地转 化为 可燃气 体. 将建井 、 它 采煤 和
气 化 三大工艺 合二 为一 , 物 理采煤 变为化 学采 煤 , 将 即把 高分 子 固体 煤转 变 为低 分 子 结构 的 可燃 气 体 ,
1 灰 渣 中金 属 氧 化 物 的催 化 效 应
1 士生、 )硕 工程 师 ;)教 授 、 士 生 导 师 , 国矿 业 大 学 ,0 0 3 北 京 ;)工程 师 , 奥 集 团 气 化采 煤 公 司 ,6 0 1 河 北廊 坊 3 博 中 10 8 2 新 050 收 稿 日期 :0 70—4 修 回 日期 :0 71 —1 2 0 —90 ; 2 0 —12
高 等优 点.1 【 地下 煤 层 的燃 烧 和气 化 是 在含 有 矿 物 杂质 的情 况下 进行 的 , 分 是指 煤层 中可 燃 部分 烧 灰 掉后 得 到的 矿物 质转 化 为 固体 的 产物 , 中包括 气 其 化 过 程 中 冒 落 的 围 岩 . 层 中 的 灰 分 含 有 SO , 煤 i
* 国家 自然科 学 基 金 资 助 项 目( 0 70 6 . 5 54 9 )
面碰 撞 ; )水 在金 属 氧化 物 表 面吸 附 时 , 3 OH一 于 位
金属 离 子上 , 位于相 临 的O卜 , H 因而使 表 面有两个
电子态 不 同的OH一 4 ; )相邻一OH 压缩 脱 附H 并 O 提 一个 O卜 ; )产 生 金 属氧 化 物 MO ・ 不 稳 定 中 5 O 间体 后 按 氧 传 递 机 理 进 行 反 应 : MO ・ O+C一
响. ] [
褐 煤 的机 械 强度 差 , 风化 , 于保 存 , 水 分 易 难 且 大 , 值低 , 宜 于矿 井 开采 , 采 用煤 炭 地 下气 化 热 不 而 开采时 , 其透 气性高 , 热稳定 性差 , 有黏结 性 , 易 没 较
开扩气 化 通道 和进 行 气 化生 产 , 以褐 煤 最适 宜 于 所
渣添加 量 ( 5 ~3 ) 增加 而 明显提 高. 用上 述 实验数 据 及钙 盐 的催 化 活性理 论提 出 了以钙 1 0 的 利
盐 作 为 催 化 剂 进 行 煤 炭 地 下 催 化 气化 的 设 想 . 关 键词 灰 渣 , 化 , 炭 地 下 气 化 催 煤 中 图 分 类 号 T 4 TD 4 . Q5 , 8 1 3
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第 3 卷 第 1期 1 20 年 1 08 月
煤 炭 转 化
C 0AL C0NVERS1 0N
V o1 N o.1 .31
Jn 2 0 a . 08
灰渣对煤炭地 下气化催化效 果的初步研究
梁新 星D 金 国 荣
煤 炭 地 下 气 化 反 应 很 复 杂 , 要 包 括 C H o, 主 — C — O, — O , — 和 C H O H C C C O — 等一 系列 反 应. 灰渣
中的金 属 氧化 物 主要 有碱 金 属 、 土 金 属氧 化物 及 碱
因而具有 安 全性 好 、 资少 、 率 高 、 投 效 污染 少 和效 益
研究, 目的在于 灰 渣 中 的金 属 氧 化物 的催化 效果 在
0 引 言
煤 炭地 下气化 是一种 融 多学科为 一体 的综合 性 能源 生产新 技术 , 第二 代采煤 方法 , 属 其任 务是 将地
煤 炭地下 气化 中是否对 煤气 的热值 和组 分有着 一定
的促 进 作用 , 提 出利 用 钙盐 作 为催 化 剂进 行煤 炭 并
Al , 2 , a , O3 Mg , O2 K2 NaO 和 2 Feo3 C O S , O Ti , O, O3 2
盐类、 大多 数过 渡金 属 的 氧化 物 和第 Ⅷ 族金 属元 素 等. 这些 组分在 性质 上千差 万别 , 但都对 气化 反应有
不 同程 度 的催 化 作用 , 适于 催 化 C H o 反 应 的催 化 —
1 1 水 蒸气气 化 .
总 反应 :
C+ H2 — O CO+H2 1 1 5MJ k l — 3 . / mo
P O , 中金 属氧化 物 占绝大部 分 , 他氧 化物 的含 其 其 量则 很少 . 分在 高 温下 转 化为 固体产 物 的 结渣 现 灰 象 和含有 的氧化物 对地下 气化 过程 的进行 有很 大影
摘 要
梁 杰。
在煤 炭地 下 气化过 程 中, 了研 究灰渣 对煤炭 地 下气化反 应 的催化作 用和 效应 , 为 利用
实验 室小型 单管 实验 , 明 了灰 渣 中的金 属氧化 物 尤其是钙 盐 对煤炭 地 下气化 中的氧 气一 说 水蒸 气 气
化 和 甲烷化 反应 具有 催化 效 应 , 的转 化率 、 气热值 及 产 气量 随 着温度 ( 0 碳 煤 8 0 C~12 0 0 C) 灰 及
水蒸 气气 化 机理 :)金 属氧 化物 均匀 分布 在碳 1
的表面 ; )气 氛 中水 分子 与碳 表 面及 金属 氧化 物表 2
煤炭 地下 气 化 方法 开采 .3 [ 而碱 土 金 属 中 的钙 盐 对 褐煤 气化 有较 高 的催 化 活性 . 过 对地 下 气 化褐 煤 经 灰 渣样 的检测分 析 , 其钙盐 含量 较其他 组分 高 , 本 故 文运用 催化 理 论 , 过 纯 碳 和纯 碳 灰渣 混合 系统 的 通 比较 实 验 对煤 炭地 下 气 化 中灰 渣 里 的 金 属 氧 化 物 ( 要为 钙 的氧化 物 ) 主 的催 化 活性 进 行 整 体 、 系统 的