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煤气化技术

来源：洁净煤技术

行业视野: 煤化工
类别; 103个
关键词; 94位
专家; 24篇
论文; 26232IP
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煤气化渣综合利用研究进展

作者(Author)：曲江山, 张建波, 孙志刚, 杨晨年, 史达, 李少鹏, 李会泉

摘要：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。

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2020年第01期

9146

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煤粉加压密相输送特性研究

作者(Author)：方薪晖, 安海泉, 刘臻, 冯子洋, 彭宝仔, 王永刚

摘要：煤粉加压密相输送系统作为粉煤气化工艺的上游系统，直接影响气化炉的稳定、可靠及安全运行。当气化原料煤种发生改变或进行掺混配煤，其煤粉输送特性可能随之改变，对煤粉输送过程的平稳运行有一定影响。为研究干煤粉气化炉供煤系统的工作特性，针对某气化装置混配后的原料煤粉，利用HR指数和FF函数对粉体流动性进行分级表征，然后在内径25和15 mm管径下进行背压2、4和5 MPa的加压密相输送试验，考察了表观气速、输送压力对煤粉流量的影响规律，最后采用煤粉流量的平均波动幅度和最大波动幅度作为煤粉输送过程稳定性的评价指标，对各工艺参数间的波动相关性进行比较分析。结果表明：该原料煤粉的HR指数为1.42，FF函数为2～4。结合流动性分级表，该原料煤粉的流动性位于黏结区，但靠近易流动区；随着表观气速的增大，煤粉流量先增大后减小，在临界气速处煤粉流量最大。当表观气速超过临界气速后，由于气相压降占主体，颗粒相压降减小导致煤粉流量开始降低；输送压力对煤粉流量和流态转换有一定影响。在相同表观气速下，输送压力提高，煤粉流量有下降趋势，在小管径15 mm管道中该规律更为明显。输送压力越高，密相到稀相的流态转换越急剧，根据背压2和4 MPa的输送相图，在临界气速处，25 mm管径下相图曲线的曲率约为15 mm管径下的2倍；煤粉流量的平均波动和最大波动幅度可作为输送稳定性的评价标准。试验范围内，煤粉流量的平均波动幅度小于3%，最大波动幅度小于10%，煤粉流量最大波动幅度约为平均波动幅度的3.4倍，两者间的相关系数为0.948。

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洁净煤技术

2019年第05期

769

276
低焦油固定床气化研究进展

作者(Author)：臧雪晶, 陈亚飞, 董卫果, 读刚, 郭良元

摘要：随着环保要求日趋严格，固定床气化焦油引起的环境问题成为制约固定床气化技术发展的瓶颈，低焦油气化应得到重视。本文介绍了固定床气化中实现低焦油气化的途径及影响因素，分析了各工艺条件对焦油产量的影响，阐述了两段炉、下吸式炉型以及两段供风式气化炉降低焦油的原理。较为普遍的是将下吸式与两段式气化炉相结合，生成的焦油含量低，燃气热量高，炉内热量损失率低，多用于生物质气化技术开发。喉口结构既能增加气速，又能提高炉内温度，促进炉内焦油裂解。气化原料、粒径、气化工艺（气化终温、压力、气化剂、催化剂等）是影响焦油产率的重要因素。高挥发分的气化原料（低阶煤、生物质等）生成的焦油较多，挥发分较低的高阶煤焦油含量很少。粒径影响挥发分析出与传热，从而影响焦油产率。温度的影响主要在于焦油裂解，焦油裂解占裂解反应的主反应时，随温度上升，焦油产率逐渐降低，因此，部分催化剂与后续脱焦油技术需根据温度对焦油的热裂解作用来降低焦油含量。增大压力会抑制挥发分析出，有利于减少焦油。通入适量水蒸气能降低焦油含量，增加氢气含量，但会降低气化温度，需进行定量参数调节。各种催化剂能有效降低焦油含量且改变煤气热值，但催化剂反应条件严格，会增加气化成本。低焦油气化能产生清洁的新能源，是固定床气化技术的重要突破，既能提高低阶煤利用率，又能解决高挥发分的生物质、城市垃圾气化问题。煤气中焦油含量减少，有效气体成分提高，有效缓解低热值气化原料产气热值过低的问题。

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洁净煤技术

2019年第05期

750

247
低温甲醇洗典型异常工况尾气硫含量模拟控制及优化

作者(Author)：葛晓东

摘要：煤气化生产过程中，合成气中混杂有H2S、CO2等酸性气体，尤其是H2S会造成后续工序中催化剂中毒和环境污染。低温甲醇洗是典型的依靠物理方法吸收酸性气体的净化工艺，对气体吸收具有很好的选择性。在低温条件下甲醇对H2S等酸性气体具有较大的溶解度，而对合成气中的CO和H2溶解度较小。因此低温甲醇洗技术被广泛应用于合成气的净化。但实际生产过程中，由于合成气组分含量差别或操作参数改变会使放空尾气中硫含量出现波动，对稳定生产造成一定影响，亟需对其波动原因及调控方案开展深入研究。以企业生产运行数据为基础，分析了原料煤和尾气中硫含量变化关系，利用Aspen Plus模拟软件对低温甲醇洗工艺流程进行了建模和全流程模拟，通过比较模拟值与实际生产值，发现吻合程度较好，获得了具有较高可靠性的模型。在模型可靠性研究的基础上，对尾气硫含量影响较大的2个工艺参数(即甲醇吸收塔中段甲醇回流率和CO2解析塔塔顶温度)为优化对象，分析了甲醇吸收塔中段甲醇回流率、CO2解析塔塔顶温度影响尾气硫含量的主要原因，及其对其他物料流股的影响。通过灵敏度分析工具，探索了进料中H2S气体含量超标时3个典型异常进料情况下控制尾气硫含量的最佳操作条件。典型异常工况的优化条件为:1~3号异常工况进料中H2S体积分数分别为0.52%、0.42%、0.35%，甲醇回流率分别调整为58%、58%、59%，CO2解吸塔顶温度调整为-57、-56、-55 ℃。

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洁净煤技术

2019年第04期

742

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长焰煤热碎半焦的成型-干燥特性研究

作者(Author)：曲洋

摘要：低阶煤热解后易碎裂及粉化，导致大量热碎半焦的生成，其运输半径短、易形成扬尘并伴有自燃，热碎焦难利用已成为制约热解技术发展的瓶颈之一。对热碎半焦进行成型充分利用热碎焦的天然梯级粒度分布，解决了产品输配难的问题，同时作为洁净煤产品可广泛应用于目前农村地区的散煤替代，是最经济有效的解决途径。以长焰煤热碎半焦为对象，定量研究了长焰煤热碎半焦的成型-干燥特性。选择水溶性黏结剂腐植酸钠和具有较好热态强度及稳定性的无机黏结剂膨润土作为复合黏结剂，通过成型压力机测试了不同黏结剂配方下的型煤冷压强度，采用鼓风干燥法明确了最优干燥制度，最后进行了50 kg成型中试验证。结果表明:腐植酸钠与膨润土复配的黏结剂成型效果优于单种配方，最佳成型配比为腐植酸钠6%、膨润土5%，相应的成型水分为28%、成型压力为20 MPa、粒度上限3 mm的煤粉中低于1 mm比例为65%;型煤采用3个温度区间的干燥制度，避免了干燥温度跃升过快造成的型煤内外变形速率大和裂纹多、机械强度降低等问题，最优干燥制度条件为:起始温度60 ℃下05 h、过渡温度100 ℃下1 h、最终温度130 ℃下15 h。采用最佳的成型和干燥条件进行中试验证，获得的热碎半焦型煤挥发分为1055%(≤12%)，发热量为2897 MJ/kg(≥24 MJ/kg)，硫分为033%(≤05%)，冷压强度为459 N(≥400 N)，灰分为1169%(≤25%)，各项指标均优于GB 34170—2017《商品煤质量民用型煤》和DB 11/097—2014《低硫煤及制品》，论证了该工艺方法的可行性。

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洁净煤技术

2019年第04期

653

284
新疆高碱煤四喷嘴气化炉结渣特性研究

作者(Author)：吾买尔江·卡瓦, 林雄超, 杨远平, 吕俊鑫, 周梦远, 姚刚, 王永刚

摘要：针对新疆高碱煤为气化原料造成气化炉堵渣的问题，以四喷嘴气化炉实际运行过程中产生的渣块为研究对象，采用扫描电子显微镜结合X射线电子能谱(SEM-EDX)、X射线荧光光谱(XRF)和灰熔点测试仪等分析了灰渣物化及矿物学特性。对新疆北山煤和牧场煤以及2种煤的混煤进行气化试验，考察了煤中矿物质高温演变行为规律。结果表明，新疆煤中矿物质具有不均一性，在高温热转化过程中，矿物质相互作用发生一系列复杂的物理化学反应，导致形成的矿物质灰渣具有多样性。采用新疆煤为气化原料时，大量灰渣在气化炉渣口处积累，形成了层状灰渣，主要由Na、Ca、Mg和Fe的硅酸盐或硅铝酸盐共熔物和Na-Al-Si-O构成。新疆煤气化后不同形态灰渣中Na含量差别较大，Na含量差异导致矿物质灰渣的黏温特性及固化温度不同。通过热力学模拟发现，Na-Si-O体系中其初始液相形成温度仅为800 ℃左右，随着Na2O含量升高，其初始液相形成温度基本保持不变;混入一定量Al2Si2O7后，其液相初始形成温度迅速升高至1 050 ℃左右。矿物质高温下发生熔融形成组分复杂的共熔物，随温度降低液态灰渣中具有高熔点的矿物质体系将结晶形成晶核，晶核迅速生长形成结晶颗粒而析出。在高温热转化过程煤中活性Na可与石英黏土类矿物质反应生成低熔点的NaAlSiO4;而Ca、Mg和Fe等与酸性矿物质反应生成具有高熔点的硅铝酸盐矿物质，在降温过程中首先从熔渣中析出，导致堵渣的发生。通过选取或调配煤种的熔渣黏温特性和灰熔融温度与气化运行参数一致可预防煤灰结渣发生。

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洁净煤技术

2019年第03期

797

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煤气化渣制备聚合氯化铝工艺研究

作者(Author)：胡文豪, 张建波, 李少鹏, 李占兵, 孙志刚, 李会泉

摘要：我国煤气化渣(CGR)年产量巨大，但综合利用率低，现有堆存与填埋方式具有较大的环境风险与经济压力，规模化消纳与资源化利用需求迫切。以煤气化渣酸浸液制备聚合氯化铝絮凝剂为目标，重点考察了铝酸钙粉用量、聚合温度、聚合时间和酸洗液循环次数对聚合氯化铝产品指标的影响。结果表明，煤气化渣酸洗液循环次数达到4次时，液相中铝离子浓度为28 g/L，氧化铝含量可达5.28%；以该富铝酸液为反应原料，反应温度80 ℃，反应时间120 min，铝酸钙粉用量1250 g/50 mL时，得到聚合氯化铝产品中氧化铝质量分数为10%~11%，盐基度为44%~50%，且产品中铅、铬、砷等重金属元素含量极低，各项性能指标均符合GB/T 22627—2014中水处理剂聚合氯化铝的制备标准。

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洁净煤技术

2019年第01期

953

336
含钙和含铁矿物对粉煤气化堵渣的影响机理

作者(Author)：李寒旭, 毛立睿, 陶然, 胡侠, 华桂义

摘要：为了研究粉煤气化的堵渣机理，选取气流床粉煤气化过程中产生的工业渣样(正常渣样和非正常渣样)和在不同还原性气氛与温度下烧制的试验渣样，利用X-射线荧光光谱(XRF)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜和能谱仪(SEM-EDX)等研究渣样的灰成分、晶体矿物组成、微观形貌和微区化学组成等性质，结果表明：非正常渣中钙长石的生成和铁的析出是导致堵渣的主要原因；熔渣析铁的主要原因是在还原性气氛下，赤铁矿被还原的中间产物FeO、FeSx转变的中间产物FeS形成Fe-O-S共熔体；气化炉操作温度的波动易导致钙长石晶体生成，而钙长石的大量析出与铁质矿物的富集和单质铁的析出存在内在联系。

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洁净煤技术

2019年第01期

704

264

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