氣流床氣化爐飛灰理化性質(zhì)的研究

2012年第1期廣東化工第39卷總第225期www. gdchem.com.119.氣流床氣化爐飛灰理化性質(zhì)的研究顧菁1，李德飛，陳作真'，吳詩(shī)勇2，吳幼青2，高晉生2(1.肇慶市順鑫煤化工科技有限公司，廣東肇慶526000; 2.華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海 200237)[擒要]利用SEM. XRD. N2吸附法和CO2吸附法，文章考察了在不同操作條件下的氣流床飛灰的理化性質(zhì)，結果表明:飛灰的礦物質(zhì)熔融現象比高溫煤焦明顯，飛灰含有豐富的中孔及中大孔，。但高溫煤焦具有較多的微孔，飛灰的碳晶結構不及高溫煤焦的規則。送鍵詢(xún)1年流床:飛塊: SEM: XRD; N吸附法科CO.吸附法[文章編號]1007-1865(2012)01-0119-02Study on Physical and Chemical Properties of Fly Ash from Entrained-flow GasifierGu Jing', Li Defei', Chen Zuozhen' , Wu Shiyong', Wu Youqing2, Gao Jinsheng2(1. Zhaoqing Shunxin Coal Chemical Industry Technology Co, Ltd, Zhaoqing 526000; 2. School of Resource and Environmental Engineering,East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)Abstract: In the study, the physical and chemical properties of three fly ash samples from Texaco gasifiers were investigated by SEM, XRD and N2 and CO2adsorption method. It was found that the ash fusion of the fly ash was more manifest than coal char; the fly ash was rich in mesopore and macropore, and coal charwas rich in micropore; the fly ash carbon exhibited lower graphitization degree than coal chars.Keywords: entrained-flow; fly ash; SEM; XRD; N2 adsorption and CO2 adsorption氣流床煤某氣化技術(shù)1121有煤種適應性強、粒度要求小，生產(chǎn)能.爐主要不同之處在于噴嘴位置、激冷室和破渣方式，但這些不同對了大性質(zhì)的能響基成氣此本實(shí)驗主要考察了氣化爐操作條煤氣夾帶出爐的飛灰中含有未反應的碳的缺點(diǎn)，因此為了提高氣1實(shí)驗部分流床氣化爐的碳利用率，對飛灰性質(zhì)的研究具有重要意義。目前，國內外許多學(xué)者31主要研究發(fā)電廠(chǎng)鍋爐的飛灰，關(guān)于1.1實(shí)驗原料及樣品制備氣化爐飛灰的報道較少，特別是氣流床氣化爐飛灰。德士古氣化本實(shí)驗的3種飛灰分別為HL、NC和SC(表1)。經(jīng)酸洗脫灰技術(shù)經(jīng)過(guò)近30年的應用，無(wú)疑是最成熟的技術(shù)，早已在我國魯南、后，分別簡(jiǎn)稱(chēng)為DHL、DNC、和DSC上海焦化、渭化、淮化、浩良河、金陵石化、南化等廠(chǎng)實(shí)際使用:本實(shí)驗選用來(lái)自同一地區的神華煤為原料，在常壓、熱解溫而國產(chǎn)化的水煤漿加壓氣流床氣化工藝(華東理工大學(xué)的多噴嘴度1400 C條件下，制備快速熱解焦(SHRP1400)進(jìn)行對比。氣化爐)，至2005年才實(shí)現商業(yè)化。德士古氣化爐與多噴嘴氣化表1實(shí)驗樣品Tab.L Samples樣品原煤_(化爐操作壓力MPa操作溫度CIL神華煤多噴嘴氣化爐， 山東華魯恒升化工股份有限公司6.5-1350NC神華煤德士古氣化爐，南京化學(xué)工業(yè)有限公司-1320SC德士古氣化爐，上海焦化廠(chǎng)-13001.2 飛灰性質(zhì)表征據。從表中可以看出:隨著(zhù)氣化爐操作溫度減小，飛灰的揮發(fā)分飛灰的工業(yè)分析和元素分析方法見(jiàn)文獻6:表面形態(tài)及灰熔含量、固定碳含量和C含量依次減小;但氣化爐操作壓力對灰含融形態(tài)表征采用日本電子(JEOL)公司JSM-6360LV型掃描電鏡;量、揮發(fā)分含量、固定碳含量和C含量的影響不明顯。這是因為比表面積及孔徑分布測定分別采用N2吸附法和CO2吸附法:微晶高的氣化溫度更有利于碳的轉化和揮發(fā)分的揮發(fā)。從表中也可得:結構表征采用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的D/max-rA12 kW轉靶X射線(xiàn)衍SHRP1400的灰含量和揮發(fā)分含量都小于飛灰的，SHRP 1400的固定碳含量大于飛灰。另外，通過(guò)計算得HL、NC和SC的脫灰率2實(shí)驗結果與討論分別為53%、99 %和66%。飛灰中的灰組成與氣化爐操作壓力、溫度有很大的關(guān)系。2.1飛灰的工業(yè)分析和元素分析表2是不同飛灰及脫灰后飛灰的工業(yè)分析和元素分析的數表2飛灰的工業(yè)分析與元素分析Tab.2 Proximate analysis and ultimate analysis ofFly ash工業(yè)分析(wt%, d)元素分析(wt%, d)ANHL744.4923.81~0380.2662.316.0131.6830.210.460.2253.539.5536.920.29DHL34.9911.5353.4847.210.750.51DNC15.8683.6079.59DSC18.2216.8164.9777.471:中國煤化工SHRP140011.323.0785.6187.050.MYHCNMH GA-灰分: V-揮發(fā)分: FC-固定碳[收稿日期] 2011-07-04[基金項目]國家重點(diǎn)基礎研究規劃項目(2004CB217704)[作者簡(jiǎn)介]顧善(1982-)， 女，江蘇江陰人，工程師，主要研究方向為煤化工。廣東化工2012年第1期.120.www.gdchem.com第39卷總第225期2.2飛 灰的灰熔融和表面性質(zhì)0.采用掃描電鏡表征了NC和SC礦物質(zhì)熔融情況，如圖1所示從圖中可看出，NC的礦物質(zhì)發(fā)生熔融團聚，形成球形大顆粒，干‘目0SC的礦物質(zhì)熔融情況不明顯，只有在放大倍數增大時(shí)才能觀(guān)察到小球微團。這說(shuō)明氣化爐操作溫度和壓力越高，飛 灰的礦物質(zhì)熔? 0.3融現象越嚴重，這與煤焦中的礦物質(zhì)熔融情況隨熱解溫度的變化相似。唐黎華等衛在熱解溫度為1000~1400 C范圍內對5種不同煤的慢速熱解焦進(jìn)行了SEM表征，發(fā)現:隨熱解溫度的提高，礦物益0.2質(zhì)從初始隨機分散分布的狀態(tài)慢慢發(fā)展到呈團聚，從小簇礦物質(zhì)微團演變成了大顆粒團導0圖2反映了HL和SHRP1400的礦物質(zhì)熔融情況。從圖中可以看出，雖然SHRP1400的熱解溫度高于HL的氣化爐操作溫度，但當放大倍數為20000倍時(shí)，SHRP1400 才能觀(guān)察到小球微團。20406080100120140160這說(shuō)明飛灰的礦物質(zhì)熔融現象比高溫煤焦明顯。這是因為飛灰的灰含量明顯大于SHRP1400,約為SHRP1400的6倍。另外，●HL:▲NC:■SC;▼SHRP1400圖中也可看出，高溫煤焦顆粒表面平滑，幾乎沒(méi)有大孔結構:而圖3飛灰的孔徑分布(N2 吸附法)飛灰表面凹凸不平，具有許多的中孔結構。從顆粒外表面形狀上Fig.3 Fly ash in the condition of N2 adsorption可以推斷出，飛灰 具有較多的中孔和中大孔比表面積。這與N2 .吸附法測得的結果-致。0.0bPore diameter/nm●HL;▲NC: ■SC;▼SHRP1400圖4飛灰的孔徑分布(CO2吸附法)Fig.4 Fly ash in the condition of CO2 adsorptionNGS圖1NC和sc的SEM; 0.4-Fig.1 SEM imagcs of NC and SC0.3巨0.0020406080100120140160ILSHRP1400Pore diameter/m圖2 HL和SHRP1400 的SEM圖圖5 sc 和DSC的孔徑分布Fig.2 SEM images of HL and SHRP1400Fig.5 Pore size distribution2.3 飛灰的比表面積和孔隙結構g?Ysio,，HI表了是N,吸附法和CO,吸附法所測得的~k灰比表面積和孔容CacO積值。從表中可知，HL、NC和SC含有豐富的中孔及中大孔:NC隨氣化爐操作溫度的減小，HL、NC和SC的SN依次減少，而Sco器Ysi0依次增大。這可能是因為氣化爐操作溫度越高，越有利于微孔的. Gaco打開(kāi)。從表中也可看出，SHRP1400的SN;很小，sc 的SN甚至達SC到了SHRP1400的43倍: SHRP1400的Sco2小于SC和NC,但合化護操作溫行人化表面積和限結構的影響比操作壓力顯3飛灰的比表面積和孔容積1020304050607080Tab.3surfa; area and pore vume400圖6_中國煤化工譜比表面積(m*g') 226.40 201.09 187.994.38CNMHG孔容積(cm'g')0.29 0.22_ 0.200.008圖3和圖4和CU2吸附法所測得的飛灰和神比表面積/(m2.g")21.49 57.59 59.0940.12華快速熱解焦的孔徑分布曲線(xiàn)。從圖3和圖4可知:飛灰的孔隙主孔容積(cmg)0.0250.040 0.040.02要集中在孔徑為4 nm的中孔;隨氣化爐操作溫度增加，N2吸附注:表的上半部分是N2吸附法:表的下半部分是CO2吸附法(下接第129頁(yè))