淮南煤氣化灰渣特性研究

第27卷7期中國煤炭地質(zhì)2015年7月.COAL GEOLOGY OF CHINAVOol.27 No.07Jul. 2015doi: 10.969/j.ssn.1674- 1803.2015.07.16文章編號:1674-1803(2015)07-0068-03淮南煤氣化灰渣特性研究李寒旭,劉銘,李金知, 代廷魁(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,安徽淮南232001)摘要:以高灰熔融溫度淮南煤(朱集西煤和謝橋煤)為研究對象,在弱還原性氣氛下,分析兩種煤在不同溫度下制得渣樣的表觀(guān)形態(tài).微觀(guān)形貌和晶體礦物組成的變化。結果表明:淮南煤氣化渣樣在1300,1500下具有一定粘結性.渣樣中有非晶態(tài)的共熔物生成，晶體礦物隨著(zhù)溫度的升高逐漸轉變?yōu)槟獊?lái)石。關(guān)鍵詞:淮南煤;灰渣;晶體礦物中圖分類(lèi)號: TQ54文獻標識碼: A .A Study on Huainan Coal Gasification Cinder CharacteristicsLi Hanxu, Liu Ming, Li Jinzhi and Dai Tingkui(School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001)Abstraet: Taking the high as-fusion lmpraure Huainan coal (rom Zhujxi and Xieqiao coalmine) as the subje iestsated,undea weak reduing atmosphere analyzed cinder samples pprent confguraion, micromorphology and ersalline mineral compositionchanges of two kinds of coal under difrent temperatures. The resul has shown that Huainan coal gsifcation einder samples htain caking poperty under tempeature 1 300 C and 1 500 cC, and some amorphous euecties in cinder sample. Along with tempen-ture rising. crystalline minerals have gradually transformed into mullite.Keywords: Huainan coal; cinder; crystalline mineral0引言4),將煤樣制成1 100 C.1300 C.1500 C的渣樣。國內大型氣流床煤氣化技術(shù)均采用液態(tài)排渣技1.2.2渣樣微觀(guān)形貌分析術(shù),這要求氣化用煤需要具有較低的煤灰熔融溫將高溫管式爐中氣化后的渣樣磨制后置于透反度?；茨厦捍蠖嗷胰廴跍囟雀哂? 500 C,不能直接射顯微鏡下,觀(guān)察氣化渣樣中各種物質(zhì)的微觀(guān)形貌。用于煤氣化，添加高效助熔劑則會(huì )帶來(lái)運行成本升1.2.3渣樣晶體礦物組成分析高,氣化效率低等問(wèn)題。因此,研究淮南煤灰渣在高對不同溫度渣樣進(jìn)行XRD分析,測角儀準確度溫下的變化，對淮南本地煤氣化后直接干法排渣的在0.05。以?xún)?儀器分辨率優(yōu)于80%。衍射條件:銅可行性研究具有現實(shí)意義。靶(CuKa為輻射源,X射線(xiàn)波長(cháng)XKax=1.5406A)和石1實(shí)驗部分墨單色器濾波,管電壓36 kV ,管電流40 mA,掃描速度:2 %/min,掃描范圍: 10 0-60。,掃描步長(cháng):0.02。。1.1實(shí)驗煤樣實(shí)驗選取在朱集西和謝橋采集的兩種淮南煤,2結果與討論煤樣基礎分析見(jiàn)表1~表3。2.1不同溫度下渣樣形態(tài)分析從表1~表3可知,實(shí)驗所選的兩種淮南煤具有實(shí)驗中制得的渣樣形態(tài)如圖1所示。典型的低水分低硫高灰的特點(diǎn),煤灰中SiO,和ALO,從圖1可知,朱集西煤和謝橋煤在弱還原性氣占煤灰化學(xué)組成的88 %以上。氛、不同溫度下燒制的渣樣形態(tài)有所變化。1 100 C1.2實(shí)驗方法時(shí)燒制的渣樣,灰渣仍處于粉煤態(tài)，有小部分團聚;1.2.1氣化渣樣制備1 300 C以上燒制的渣樣就已經(jīng)呈塊狀,完全凝聚成利用高溫管式爐,在還原性氣氛( VCO:VN,=6:塊,并具有一定的機械強度。2.2不同溫度下渣樣顯微狀態(tài)變化基金項目:淮南市科技計劃項目(2013A4007)將渣樣破碎后,置于透反射顯微鏡下觀(guān)測,結果作者簡(jiǎn)介:李寒旭( 1963- -),男,安徽泗縣人,教授,博士生導師如圖2所示。收稿日期:2015-06-10從圖2可以中國煤化工西煤和謝責任編輯:唐錦秀橋煤的渣樣中仍:YHCN M H G并已形成7期李寒旭,等:淮南煤氣化灰渣特性研究59表1煤樣的工業(yè)分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of coal samples19工業(yè)分析元素分析煤樣名稱(chēng)Mu_Vu_FCu_Cu.HONuSu朱集西煤1.2920.7439.050.9564.504.7.961.180.29謝橋煤.2.3124.3339.730.2760.283.988.171.170.32表2煤樣灰化學(xué)組成分析Table 2 Ash chemical composition analysis of coal samples%SiO2Al203FeO,CaOMgO_TiO2K:ONaOSO,P:0,55.7534.373.041.360.442.260.83.180.12謝橋煤53.0836.053.501.541.690.17表3煤樣灰熔融溫度分析Table 3 Ash-fusion temperalure analysis of coal samples 1DSTFT朱集西煤.>1 500110013001500 溫度圖2朱集西煤和謝橋煤不同溫度下渣樣微觀(guān)形貌Figure 2 Micromorphology of cinder samples from Zhujixi andXieqiao coalmines under different temperatures圖3所示。1500朱集西灰渣從1100 C升至1 300 C,灰渣中析圖1朱集西煤和謝橋煤不同溫度下渣樣形態(tài)出少量鐵,約含0.9 %,石英消失,莫來(lái)石含量減少Figure 1 Morphology of einder samples from Zhujixi and Xieqiao半,鈣長(cháng)石大量析出,約占晶體礦物總量的59.9%，coalmines under different temperatures非晶質(zhì)物質(zhì)生成;進(jìn)一步升至 1 500 C,灰渣中鐵進(jìn)焦狀;1 300 C時(shí),樣品中出現少量針狀渣;1500 C-一步析出,含量達2.6%,鈣長(cháng)石消失,莫來(lái)石含量增時(shí),灰渣表面部分已呈熔融態(tài),故渣樣具有- -定的粘大至97.4 %。結性。謝橋灰渣從1100C升至1300C,灰渣中鐵少2.3不同溫度下渣樣晶體礦物組成變化量析出,約含1.3 %,析出的鱗石英約含13 %,石英.將兩種渣樣進(jìn)行x射線(xiàn)衍射分析,實(shí)驗結果如含量從31.0 %降低至10.4 % ,莫來(lái)石含量有所增加，1100F 30001100C. 40001300C上2500 21300C1500"C.2001500C[ 30001500號.1000。1000Fe500- 1002 1100CwuwrZ 2 1300C01500C1020 30 40.Two-Theta(deg) !Two-Theta(deg)Q.石英;M莫來(lái)石;Fe鐵a.朱集西灰渣XRD譜圖b.謝橋灰渣XRD譜圖圖3煤樣灰渣XRD譜圖中國煤化工Figure 3 Cinder samples XRD spectrogramMY HCNM HG70中國煤炭地質(zhì)第27卷非晶質(zhì)物質(zhì)開(kāi)始生成;進(jìn)一步升至1500C,灰渣中態(tài)低溫共融物生成是導致渣樣粘結成塊的主要原晶體礦物僅存莫來(lái)石。因。兩種煤制得的灰渣隨著(zhù)溫度升高,非晶態(tài)的共參考文獻:熔物含量逐漸升高,從而使灰渣具有一定的粘結性。[1]潘宗林,李寒旭,張頌，等.準南煤Fe0O.催化氣化及硅鋁對催化的影3結論響[]煤炭技術(shù),2015.342)300-303.溫度上升過(guò)程中,兩種淮南煤灰渣由粉末態(tài)逐[2]潘宗林李寒旭，劉銘等淮南煤焦CO2氣化反應特性及動(dòng)力學(xué)研究[J]煤炭技術(shù).2015345):326- -328.漸粘結成塊,并具有- -定的機械強度。1 100 C時(shí)，[3]劉慶旺,盧肖永,王利娟.高灰熔點(diǎn)淮南煤催化氣化實(shí)驗研究[I]黑灰渣中仍有少量焦狀物存在;1300 C時(shí),出現針狀龍江科技信息,2013,27:16-18.的玻璃體渣,且部分樣品表面呈熔融態(tài);1 500C,大[4] 姚杰梅靜梁。王興明，等淮南煤氣化特性實(shí)驗研究D煤炭轉化、2011,04:5-8.量渣樣表面呈熔融態(tài),有低溫共融物生成?；以衃5]高恒,劉宏建煤氣化技術(shù)現狀、發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化應用[J].煤化工,晶體礦物的種類(lèi)隨溫度上升逐漸減少,最終以莫來(lái)2009,01:37-39.石為主，是淮南煤灰熔融溫度較高的主要因素,非晶(.上接第67頁(yè))由圖2可知,氣氛的不同對煤灰礦物轉化沒(méi)有N Mullite影響,在三種不同的氣氛下,LWM煤灰主要包含的5 sonte晶體礦物均為莫來(lái)石和石英,模擬煤灰主要包含的A-A1,03晶體礦物均為石英.SiO2、莫來(lái)石和氧化鋁。MNM MMLWM煤灰成分中SiO2與ALO,之和大于90 %,一煤這是煤灰與模擬煤灰在高溫下主要晶體礦物為莫來(lái)石的原因。石英是煤中常見(jiàn)的硅酸鹽礦物,隨溫度模擬煤灰的升高,石英會(huì )向Si02多晶體轉化,因此LWM模擬60煤灰在三種氣氛下檢測到兩種SiO2晶體。對比分析2-Theta/"(a)純N,氣氛LWM煤灰與模擬煤灰的DTA曲線(xiàn)可知,在1000CQ-Quartz時(shí)出現的吸熱峰對應于A(yíng)l2O;晶相的轉變,生成的a-M-MulliteAl2O3與石英在1 100 C~1 300 C反應生成莫來(lái)石。. A-A10M9mnm=煤灰LWM煤灰在升溫過(guò)程中發(fā)生兩次失重,溫度分s別在490 C~870 C .910 C~1290 C,模擬煤灰在N2、CO2:N=2:3氣氛下也發(fā)生兩次失重,溫度分別在340 C~500 C、500 C~760 C,與模擬煤灰相比,煤20402-Theta/°灰在更高的溫度下發(fā)生礦物轉化;在純CO2氣氛下(b) CO2 : N-=2 :3的混合氣氛時(shí),模擬煤灰出現吸附CO2的現象,而煤灰不會(huì )出現Q此種現象;煤灰與模擬煤灰在高溫下晶體礦物均以S-Si02莫來(lái)石為主。A-A120,MMM[1] Vorres K s, Greenbergt s. Viscosity of synthetic coal ash slagsM].W ashington, DC: American Chemical Society, 1986.[2] Hurst H J, Novak F. Viscosity measurements and empirial predie-莫擬煤灰tions for some model gasifier sag(J].Fuel, 999,78(4):439-444.[3]宋文佳高溫煤氣化爐中煤灰熔融、流動(dòng)和流變行為特性研究[D].2- -Theta/°上海:華東理工大學(xué),2011.(c)純C0,氣氛[4]袁寶泉,陶秀祥,蔣松府谷煤灰成分對其灰熔融性的影響實(shí)驗研圖2 LWM煤灰與模擬煤灰在不同氣氛下的XRD譜圖究[J].中國煤炭,2013.395);:80-84.Figure 2 XRD spectrograms of LW M coal ash and factitious[5]趙京改善燃煤結渣以及儲比牡4的研究杭浙江大學(xué),2011.ash under different atmospheres[6]鄧芙蓉.利用TG-[中國煤化工灰的熔融特性[D].杭州浙江大學(xué)dYHCNMHG