淮南煤气化灰渣特性研究

第27卷7期中国煤炭地质2015年7月.COAL GEOLOGY OF CHINAVOol.27 No.07Jul. 2015doi: 10.969/j.ssn.1674- 1803.2015.07.16文章编号:1674-1803(2015)07-0068-03淮南煤气化灰渣特性研究李寒旭,刘铭,李金知, 代廷魁(安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南232001)摘要:以高灰熔融温度淮南煤(朱集西煤和谢桥煤)为研究对象,在弱还原性气氛下,分析两种煤在不同温度下制得渣样的表观形态.微观形貌和晶体矿物组成的变化。结果表明:淮南煤气化渣样在1300,1500下具有一定粘结性.渣样中有非晶态的共熔物生成，晶体矿物随着温度的升高逐渐转变为莫来石。关键词:淮南煤;灰渣;晶体矿物中图分类号: TQ54文献标识码: 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),将煤样制成1 100 C.1300 C.1500 C的渣样。国内大型气流床煤气化技术均采用液态排渣技1.2.2渣样微观形貌分析术,这要求气化用煤需要具有较低的煤灰熔融温将高温管式炉中气化后的渣样磨制后置于透反度。淮南煤大多灰熔融温度高于1 500 C,不能直接射显微镜下,观察气化渣样中各种物质的微观形貌。用于煤气化，添加高效助熔剂则会带来运行成本升1.2.3渣样晶体矿物组成分析高,气化效率低等问题。因此,研究淮南煤灰渣在高对不同温度渣样进行XRD分析,测角仪准确度温下的变化，对淮南本地煤气化后直接干法排渣的在0.05。以内,仪器分辨率优于80%。衍射条件:铜可行性研究具有现实意义。靶(CuKa为辐射源,X射线波长XKax=1.5406A)和石1实验部分墨单色器滤波,管电压36 kV ,管电流40 mA,扫描速度:2 %/min,扫描范围: 10 0-60。,扫描步长:0.02。。1.1实验煤样实验选取在朱集西和谢桥采集的两种淮南煤,2结果与讨论煤样基础分析见表1~表3。2.1不同温度下渣样形态分析从表1~表3可知,实验所选的两种淮南煤具有实验中制得的渣样形态如图1所示。典型的低水分低硫高灰的特点,煤灰中SiO,和ALO,从图1可知,朱集西煤和谢桥煤在弱还原性气占煤灰化学组成的88 %以上。氛、不同温度下烧制的渣样形态有所变化。1 100 C1.2实验方法时烧制的渣样,灰渣仍处于粉煤态，有小部分团聚;1.2.1气化渣样制备1 300 C以上烧制的渣样就已经呈块状,完全凝聚成利用高温管式炉,在还原性气氛( VCO:VN,=6:块,并具有一定的机械强度。2.2不同温度下渣样显微状态变化基金项目:淮南市科技计划项目(2013A4007)将渣样破碎后,置于透反射显微镜下观测,结果作者简介:李寒旭( 1963- -),男,安徽泗县人,教授,博士生导师如图2所示。收稿日期:2015-06-10从图2可以中国煤化工西煤和谢责任编辑:唐锦秀桥煤的渣样中仍:YHCN M H G并已形成7期李寒旭,等:淮南煤气化灰渣特性研究59表1煤样的工业分析和元素分析Table 1 Proximate and ultimate analyses of coal samples19工业分析元素分析煤样名称Mu_Vu_FCu_Cu.HONuSu朱集西煤1.2920.7439.050.9564.504.7.961.180.29谢桥煤.2.3124.3339.730.2760.283.988.171.170.32表2煤样灰化学组成分析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谢桥煤53.0836.053.501.541.690.17表3煤样灰熔融温度分析Table 3 Ash-fusion temperalure analysis of coal samples 1DSTFT朱集西煤.>1 500110013001500 温度图2朱集西煤和谢桥煤不同温度下渣样微观形貌Figure 2 Micromorphology of cinder samples from Zhujixi andXieqiao coalmines under different temperatures图3所示。1500朱集西灰渣从1100 C升至1 300 C,灰渣中析图1朱集西煤和谢桥煤不同温度下渣样形态出少量铁,约含0.9 %,石英消失,莫来石含量减少Figure 1 Morphology of einder samples from Zhujixi and Xieqiao半,钙长石大量析出,约占晶体矿物总量的59.9%，coalmines under different temperatures非晶质物质生成;进一步升至 1 500 C,灰渣中铁进焦状;1 300 C时,样品中出现少量针状渣;1500 C-一步析出,含量达2.6%,钙长石消失,莫来石含量增时,灰渣表面部分已呈熔融态,故渣样具有- -定的粘大至97.4 %。结性。谢桥灰渣从1100C升至1300C,灰渣中铁少2.3不同温度下渣样晶体矿物组成变化量析出,约含1.3 %,析出的鳞石英约含13 %,石英.将两种渣样进行x射线衍射分析,实验结果如含量从31.0 %降低至10.4 % ,莫来石含量有所增加，1100F 30001100C. 40001300C上2500 21300C1500"C.2001500C[ 30001500号.1000。1000Fe500- 1002 1100CwuwrZ 2 1300C01500C1020 30 40.Two-Theta(deg) !Two-Theta(deg)Q.石英;M莫来石;Fe铁a.朱集西灰渣XRD谱图b.谢桥灰渣XRD谱图图3煤样灰渣XRD谱图中国煤化工Figure 3 Cinder samples XRD spectrogramMY HCNM HG70中国煤炭地质第27卷非晶质物质开始生成;进一步升至1500C,灰渣中态低温共融物生成是导致渣样粘结成块的主要原晶体矿物仅存莫来石。因。两种煤制得的灰渣随着温度升高,非晶态的共参考文献:熔物含量逐渐升高,从而使灰渣具有一定的粘结性。[1]潘宗林,李寒旭,张颂，等.准南煤Fe0O.催化气化及硅铝对催化的影3结论响[]煤炭技术,2015.342)300-303.温度上升过程中,两种淮南煤灰渣由粉末态逐[2]潘宗林李寒旭，刘铭等淮南煤焦CO2气化反应特性及动力学研究[J]煤炭技术.2015345):326- -328.渐粘结成块,并具有- -定的机械强度。1 100 C时，[3]刘庆旺,卢肖永,王利娟.高灰熔点淮南煤催化气化实验研究[I]黑灰渣中仍有少量焦状物存在;1300 C时,出现针状龙江科技信息,2013,27:16-18.的玻璃体渣,且部分样品表面呈熔融态;1 500C,大[4] 姚杰梅静梁。王兴明，等淮南煤气化特性实验研究D煤炭转化、2011,04:5-8.量渣样表面呈熔融态,有低温共融物生成。灰渣中[5]高恒,刘宏建煤气化技术现状、发展及产业化应用[J].煤化工,晶体矿物的种类随温度上升逐渐减少,最终以莫来2009,01:37-39.石为主，是淮南煤灰熔融温度较高的主要因素,非晶(.上接第67页)由图2可知,气氛的不同对煤灰矿物转化没有N Mullite影响,在三种不同的气氛下,LWM煤灰主要包含的5 sonte晶体矿物均为莫来石和石英,模拟煤灰主要包含的A-A1,03晶体矿物均为石英.SiO2、莫来石和氧化铝。MNM MMLWM煤灰成分中SiO2与ALO,之和大于90 %,一煤这是煤灰与模拟煤灰在高温下主要晶体矿物为莫来石的原因。石英是煤中常见的硅酸盐矿物,随温度模拟煤灰的升高,石英会向Si02多晶体转化,因此LWM模拟60煤灰在三种气氛下检测到两种SiO2晶体。对比分析2-Theta/"(a)纯N,气氛LWM煤灰与模拟煤灰的DTA曲线可知,在1000CQ-Quartz时出现的吸热峰对应于Al2O;晶相的转变,生成的a-M-MulliteAl2O3与石英在1 100 C~1 300 C反应生成莫来石。. A-A10M9mnm=煤灰LWM煤灰在升温过程中发生两次失重,温度分s别在490 C~870 C .910 C~1290 C,模拟煤灰在N2、CO2:N=2:3气氛下也发生两次失重,温度分别在340 C~500 C、500 C~760 C,与模拟煤灰相比,煤20402-Theta/°灰在更高的温度下发生矿物转化;在纯CO2气氛下(b) CO2 : N-=2 :3的混合气氛时,模拟煤灰出现吸附CO2的现象,而煤灰不会出现Q此种现象;煤灰与模拟煤灰在高温下晶体矿物均以S-Si02莫来石为主。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-莫拟煤灰tions for some model gasifier sag(J].Fuel, 999,78(4):439-444.[3]宋文佳高温煤气化炉中煤灰熔融、流动和流变行为特性研究[D].2- -Theta/°上海:华东理工大学,2011.(c)纯C0,气氛[4]袁宝泉,陶秀祥,蒋松府谷煤灰成分对其灰熔融性的影响实验研图2 LWM煤灰与模拟煤灰在不同气氛下的XRD谱图究[J].中国煤炭,2013.395);:80-84.Figure 2 XRD spectrograms of LW M coal ash and factitious[5]赵京改善燃煤结渣以及储比牡4的研究杭浙江大学,2011.ash under different atmospheres[6]邓芙蓉.利用TG-[中国煤化工灰的熔融特性[D].杭州浙江大学dYHCNMHG