“煤-电-化领域废弃物资源化利用技术”专题

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“煤-电-化领域废弃物资源化利用技术”专题

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2024年07期，共9篇研究成果。

行业视野: 碳中和
类别; 49个
关键词; 55位
专家; 9篇
论文; 1447IP
点击量; 234次
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煤气化粗渣特性分析及利用技术研究进展

作者(Author)：张可伟, 廖昌建, 王晶, 金平, 王坤, 徐婉怡

摘要：煤气化是实现煤炭清洁高效利用的核心技术,我国煤气化渣产量大、利用率低,通常采用堆存与填埋方式处置,造成严重的土地资源浪费与环境污染。气化渣的资源化利用已成为煤化工行业的研究重点,尤其是占气化渣总排放量70%~80%的气化粗渣。介绍了3种主要煤气化工艺及气化粗渣的形成过程,总结了气化粗渣的理化特性与环境风险,归纳了气化粗渣在建材化利用、土壤改良及高值化利用方面的研究进展。受煤种、煤气化工艺等主要控制因素影响,不同来源气化粗渣的理化特性与环境风险不尽相同,但具有一定共同性。从理化特性看,粗渣粒径远高于细渣,约50%以上粗渣粒径超过0.5mm,且小于0.5mm各粒度级粗渣含量随粒径减小而降低,粗渣还具有较小的比表面积和较大的平均孔径。粗渣中残炭含量低于细渣,粗渣残炭质量分数在3%~20%且在各粒度级内分配不均,0.25mm左右中等粒度级粗渣残炭含量较高。粗渣中无机组分均以SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3为主,其中酸性氧化物占45%~75%,碱性氧化物占20%~45%。从环境风险看,气化粗渣中存在一定重金属富集现象,富集较多的重金属包括Ba、Co、Cs、Th等亲石元素与Cr、Ni等难挥发或半挥发性元素。此外,粗渣中Ni、Cd、As、Cu与Zn等重金属的酸可提取态含量较高,具有较大环境风险,需特别关注。粗渣的理化特性及其环境风险对适用的资源化利用方式影响较大:粗渣由于残炭含量较低、硅铝等无机组分含量较高,可广泛应用于矿井回填、筑路、水泥与混凝土、陶粒与墙体材料等建材化利用领域;残炭含量较高的气化粗渣具有更疏松多孔的结构特征,可用于土壤改良;粗渣的特殊结构和丰富的硅铝组分使粗渣在制备多孔吸附材料及制备陶瓷方面潜力很大;粗渣还可用于制备催化剂或提取回收氧化铝等其他高值化利用。气化粗渣中含有一定种类重金属,具有一定环境风险,制约了粗渣的综合利用。因此,粗渣资源化利用前,要全面分析粗渣中各种重金属的富集情况与赋存状态,严格把控粗渣环境风险评价,避免粗渣资源化利用带来的二次污染。

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洁净煤技术

2024年第07期

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42
煤气化渣气流分级提炭分质试验

作者(Author)：杨凯, 张乾, 栾春晖, 彭泽宇, 黄伟

摘要：煤气化渣提炭分质是实现其减量化、资源化、高值化利用的关键。基于此,提出研磨破碎-气流分级的干法提炭工艺,利用研磨使气化渣中炭灰结合物解离,再利用气流分级机内离心力和气体曳力作用,将解离所得的细颗粒进行高效分离。通过设计均匀试验并对各影响因素进行回归分析,获取优选试验条件并对该试验条件下的提炭效果进行验证。结果表明,气流分级提炭受多因素耦合作用影响,其中分级机频率和引风机频率是影响提炭效果的关键。均匀试验优选条件为分级机频率175Hz、引风机频率5Hz,喂料螺旋频率5Hz,二次风口全开;该条件下所得富炭产品的收率为25.86%,烧失量49.76%,较原气化渣烧失量提高了26.91%,与试验预测值(49.64%)较一致,且试验效果明显优于未研磨破碎直接气流分级的气化渣。优选条件下气流分级得到的富炭产品的平均粒径(Dav)为5.95μm,满足橡胶补强填充料的粒度要求,其热值为16.73MJ/kg,亦可作为细粉燃料等使用。同时,气流分级可实现较好的气化渣脱炭效果,所得脱炭渣烧失量低于10%,有利于其在建材等领域应用。研磨破碎-气流分级方法可实现气化渣的提炭分质,有利于其下游利用。

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洁净煤技术

2024年第07期

147

29
电石渣浮选脱硅制备高品质活性氧化钙工艺

作者(Author)：张凯旋, 朱干宇, 李会泉, 马伟平, 张建波, 孟子衡, 桂夏辉

摘要：电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出了适宜电石渣体系的脱硅药剂制度,研究了浮选前后电石渣中的元素组成变化和焙烧后氧化钙产品的性能变化,提出了电石渣浮选脱硅焙烧制备活性氧化钙的工艺路线。结果表明:电石渣中主要成分为氢氧化钙,含有部分二氧化硅和铝硅酸盐等硅类杂质,且颗粒分布较均匀,主要集中在低粒级分布。通过400g/t六偏磷酸钠和125g/t十二胺结合的一次反浮选脱硅试验,电石渣中硅类杂质得到有效分离,浮选后的电石渣精矿中硅质量分数由3.14%降至2.85%,且钙回收率达87.9%;浮选分离硅类杂质后的电石渣经900℃焙烧后可完全转化为氧化钙,制备的氧化钙产品中氧化钙质量分数为94.46%,抗压强度由3.17MPa提升至3.87MPa,冶金活性由341.6mL提升至385.5mL,产品性能有所提升。上述研究可为电石渣循环回用提供参考。

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洁净煤技术

2024年第07期

152

21
K2CO3活化低阶煤和污泥共水热炭制备多孔炭及其对CO2和SO2吸附性能

作者(Author)：宋瑞珍, 陈云霄, 杨晓阳, 王嘉伟, 王宝凤, 赵瑞东

摘要：我国低阶煤储量大,低阶煤材料化利用是当前国家重大需求。另外,我国城市污泥排放量逐年增加,高含水率污泥资源化利用至关重要。低阶煤和污泥水热碳化可有效资源化利用原料内的硫氮元素,制备硫氮掺杂水热炭。水热炭孔隙较不丰富,对其进行活化造孔可丰富其孔隙结构,制备得到硫氮掺杂多孔炭。选用较为温和K2CO3作为活化剂,探究K2CO3活化不同次烟煤与污泥水热炭制备多孔炭材料的性质,并研究多孔炭对CO2和SO2的吸附性能。结果表明,次烟煤和污泥水热炭经K2CO3活化改性后,硫氮元素含量相较于原来的水热炭均有所减少,多孔炭的比表面积由原水热炭的23.92m2/g增至331.77m2/g,孔体积由原水热炭的0.07cm3/g增至0.23cm3/g。制备的多孔炭对CO2和SO2具有一定的吸附效果,次烟煤与污泥质量比为7∶3,水热碳化温度为160℃时,经700℃K2CO3活化所制备的多孔炭在25℃下,对CO2吸附量为1.56mmol/g;次烟煤与污泥质量比为1∶1,水热碳化温度为160℃时,所制备的水热炭经活化后,其在吸附温度为120℃时,对SO2的吸附量为52.2mg/g,且随着水热碳化温度升高,其吸附量有所下降,共水热炭相比于单一水热炭对CO2和SO2的吸附性能更好。研究结果可为低阶煤和污泥清洁高效利用和低成本CO2、SO2吸附剂开发提供理论依据。

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洁净煤技术

2024年第07期

167

25
气化渣基脱硫活性焦制备工艺与性能评价

作者(Author)：潘文杰, 樊盼盼, 王洋, 高艳春, 樊晓婷, 李翔宇, 鲍卫仁, 王建成

摘要：煤气化过程中产生的气化渣的处置问题日趋严重。气化渣中的残余炭具有较发达的孔隙结构和较大的比表面积,具有制备活性炭和其他高附加值碳材料的潜质。通过水介重力分选方法得到高品质气化渣分离炭后,采用配煤法制备脱硫活性焦,可实现气化渣的高附加值利用。通过单因素试验法及正交试验法考察在气化渣分离炭高掺比条件下配煤种类、比例及炭化、活化工艺条件对脱硫活性焦结构和性能影响。研究表明,气化渣分离炭在掺入比例为50%时,活性焦的最佳配煤组成为:焦煤29%、长焰煤8%、煤沥青13%;最佳炭化条件为:升温速率5℃/min、炭化温度700℃、炭化时间30min;最佳活化条件为:活化温度900℃、升温速率8℃/min、活化时间120min、活化水量1.0mL/(g·h)。利用固定床反应装置对气化渣基脱硫活性焦进行脱硫和再生性能评价,在最佳配方和工艺条件下,公斤级试验制备的脱硫活性焦耐磨强度为97.26%,耐压强度为696.3N(实测值),灰分为11.66%,碘吸附值为378.78mg/g,脱硫值为28.5mg/g,满足脱硫用煤质颗粒活性炭指标A型优级品的技术指标且再生性能良好。以气化渣分离炭作为碳源制备脱硫活性焦在大幅降低活性焦生产成本的同时,也为气化渣的高值化利用提供了一条可行途径,对气化渣的减量化、资源化、高值化利用具有重要意义。

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洁净煤技术

2024年第07期

144

21
煤气化细灰熔渣制备泡沫微晶玻璃

作者(Author)：周丽, 任强强, 崔瑞芳, 李林宣, 李伟

摘要：由于缺乏成熟的大规模工业化处置技术,大量堆存的煤气化细灰造成严重的环境污染和资源浪费。流化熔融处置煤气化细灰可实现碳灰分离和灰分的改性提质,使灰分转变为富硅铝元素的玻璃相熔渣;泡沫微晶玻璃由于其特殊的玻晶交织结构使其具有良好的机械性能和保温隔热性能,确立了熔渣制备泡沫微晶玻璃的高值化利用思路。以煤气化细灰熔渣为原料,采用无机凝胶铸造工艺制备泡沫微晶玻璃,研究了主要工艺参数预固化时间和烧结温度对泡沫微晶玻璃析晶特性、孔结构和抗压强度的影响。结果表明:泡沫微晶玻璃析晶特性和孔结构与烧结温度、预固化时间均呈现相关性。较高的烧结温度可促进烧结过程中晶相析出进而强化泡沫微晶玻璃的抗压强度。预固化时间影响泡沫玻璃胚体的网络结构,导致晶相析出时克服的阻力不同,从而影响晶相种类。预固化时间30min时,泡沫玻璃胚体在烧结析晶过程中易发生大孔径孔隙坍塌。抗压强度随孔隙率的增大而减小,随孔径增加呈非线性减小。预固化时间为90min时,可获得良好的孔隙结构。抗压强度受到析晶特性和孔隙结构特性的共同作用。烧结温度900℃时可强化抗压强度,尤其是预固化时间90min时,泡沫微晶玻璃的抗压强度为3.77MPa;而700和800℃时,抗压强度是否增大与预固化时间相关。预固化时间60min、烧结温度900℃时,析出大量晶体,孔隙率为66.20%且孔径均匀分布,抗压强度为1.40MPa。

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洁净煤技术

2024年第07期

146

32
化学气相沉积法制备高氮掺杂碳纳米笼的电容去离子性能

作者(Author)：薛玉红, 伊尔夏提·地力夏提, 古丽格娜·皮达买买提, 白翔, 伏桂仪, 魏贤勇, 何晓燕, 赵红光, 王艳丽

摘要：电容去离子(CDI)是一种基于电场力驱动的快速去除水中带电离子的新型脱盐技术,在盐水预富集和降低零排能耗方面极具潜力。但目前CDI技术受限于多孔碳电极低电吸附活性及不可控的孔结构分布导致脱盐容量和电荷效率较低,限制其进一步应用。为此,以吡啶在为碳源、碱式碳酸镁为模板剂通过化学气相沉法,构建了高活性表面、结构可控的N掺杂碳纳米笼状结构(N-CNC),探究其脱盐性能。通过精准控制载气与吡啶进入量,制备的N-CNC是由3~5层石墨化碳层层堆叠的空心长方体形貌,且外壁平均壁厚在1~2nm,其中N质量分数高达4.2%。得益于这种优异的孔隙结构分布和丰富的表面化学性质,N-CNC展现出以赝电容贡献为主的电化学行为。组装N-CNC//N-CNC对称模块,采用单通道脱盐模式脱盐测试,结果表明,盐吸附量和电荷效率分别为21.8mg/g和82%,能耗低至0.71Wh/g。进一步使用自组装CDI模块处理煤化工高盐水,在1.2V吸附电压下获得Cl-、SO2-4和NO-3电吸附脱盐容量分别为33.4、20.5和8.9mg/g,其中Cl-/SO2-4选择性比高达5.1。本研究提供了一种简便可控的N掺杂碳纳米笼状结构制备方法,为CDI浓缩工业卤水预富集应用提供理论和技术支撑。

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洁净煤技术

2024年第07期

143

29
固废基ZSM-5合成及其改性研究进展

作者(Author)：张丽宏, 赵旭辉, 郭彦霞

摘要：工业生产过程中产生大量粉煤灰、赤泥和煤气化渣,其堆积不仅侵占土地,还会严重破坏生态环境,危及人类健康。这3种固废均含有硅铝元素,且含量较高,硅铝比(氧化硅和氧化铝物质的量比)波动幅度较大。ZSM-5(ZeoliteSoconyMobil5)是一类硅铝比范围较宽的沸石分子筛,具有独特的孔道结构和良好的稳定性,在吸附和催化方面应用广泛。利用富含硅铝的固废制备ZSM-5是其高值化和资源化利用的重要途径之一。系统总结了富含硅铝的固废的活化除杂预处理通用方法,并且基于粉煤灰、赤泥和煤气化渣的理化性质特点,综述了固废基ZSM-5的合成及金属改性、磷改性、水热改性和酸碱改性4种方法的研究进展。分析固废作为硅铝源对ZSM-5合成、结构和性能的影响,指出固废在活化除杂过程中硅铝比的调控、杂质元素的去除转化、及主要元素的迁移转化规律是研究重点;讨论不同改性方法对ZSM-5结构和性能的影响机制,提出固废基ZSM-5中硅铝在骨架和非骨架中的分布、铁钙等杂元素的含量和存在形态、孔结构对改性效果起到非常重要的作用。通过对典型富含硅铝元素的固废基ZSM-5合成及其改性过程中存在问题和研究现状的分析和讨论,提出了粉煤灰、赤泥和煤气化渣多源固废复配,在无机模板剂或无模板剂条件下水热晶化制备ZSM-5,对固废基ZSM-5高效精准改性是未来发展方向。

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洁净煤技术

2024年第07期

141

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