Clean Coal Technology
结晶氯化铝分步煅烧制备冶金级氧化铝研究
㊀第23卷第6期洁净煤技术Vol．23㊀No．6㊀㊀2017年11月Clean Coal TechnologyNov.㊀2017㊀结晶氯化铝分步煅烧制备冶金级氧化铝研究郭㊀强,肖永丰,王宝冬,孙㊀琦(北京低碳清洁能源研究所,北京㊀102211)摘㊀要:为了实现结晶氯化铝煅烧制取合格冶金级氧化铝,通过实验室静态试验研究了结晶氯化铝分步煅烧的煅烧温度和煅烧时间对其分解率及产品氧化铝的物理性质影响㊂结果表明在低温煅烧温度250~350ħ㊁煅烧时间0．5~3h 和高温煅烧温度1000~1100ħ㊁煅烧时间15~60min ,均可以获得合格氧化铝产品㊂对焙烧过程进行分析,结果发现焙烧过程中通入少量的水蒸气,有助于结晶氯化铝的分解㊂对氧化铝的物性进行表征,结果显示两步法获得的氧化铝产品粒度和比表面积均高于一步法,随着煅烧温度的升高,氧化铝的粒度和比表面积减小,产品氧化铝的粒度随结晶氯化铝粒度的增大而增大㊂关键词:结晶氯化铝;分步煅烧;氯含量;物性中图分类号:TQ133．1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2017)06-0101-06Preparation of metallurgical grade alumina by calcination of crystallinealuminum chlorideGUO Qiang,XIAO Yongfeng,WANG Baodong,SUN Qi(National Institute of Clean -and -Low -Carbon Energy ,Beijing ㊀102211,China )Abstract :In order to prepare qualified metallurgical grade alumina by calcination of crystalline aluminum chloride,the effect of calcination temperature and time of crystalline aluminum chloride on the decomposition rate and the physical properties of alumina was studied by la-boratory static experiment.The results show that the calcination temperature and time are 250~350ħand 0.5~3h at low temperature region,and the calcination temperature and time are 1000~1100ħand 15~60min at high temperature region.A small amount of water vapor was introduced into the roasting process to benefit the decomposition of crystalline aluminum chloride.By characterization of the physical properties of alumina,it is found that the particle size and specific surface area of the alumina products obtained by the two -stepprocess are higher than the one -step method.With the increase of the calcination temperature,the particle size and specific surface area of the alumina decreases.In addition,the particle size of the alumina increases with particle size of crystalline aluminum chloride.Key words :crystalline aluminum chloride;calcination;chlorine content;physical properties收稿日期:2017-04-06;责任编辑:孙淑君㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2017.06.019基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2012AA06115)作者简介:郭㊀强(1986 ),男,内蒙古土右旗人,工程师,博士,从事粉煤灰提取氧化铝方面的研究工作㊂E -mail :guoqiang_2004@ ㊂通讯作者:孙琦,研究员㊂E -mail :sunqi@引用格式:郭强,肖永丰,王宝冬,等.结晶氯化铝分步煅烧制备冶金级氧化铝研究[J].洁净煤技术,2017,23(6):101-106.GUO Qiang,XIAO Yongfeng,WANG Baodong,et al.Preparation of metallurgical grade alumina by calcination of crystalline aluminum chloride [J].Clean Coal Technology,2017,23(6):101-106.0㊀引㊀㊀言我国目前是世界上最大的产煤和用煤国家,约有一半的煤炭被用于发电,每年约产生4亿t 的粉煤灰㊂电厂粉煤灰的排放不仅占用大量土地,而且污染环境㊂粉煤灰的综合利用一直是研究的热点,但多数都是附加值较低的建材㊁筑路回填等领域[1-3]㊂鄂尔多斯盆地出产的煤燃烧后产生的粉煤灰里氧化铝含量达到50%,已经超过中低品位的铝土矿氧化铝含量,可以作为铝土矿的替代原料㊂随着我国国民经济的快速发展,铝土矿资源日益贫化,缺口越来越大㊂国内以高铝粉煤灰为铝土矿替代原料生产氧化铝的研究很多,也形成了示范工程[4-7]㊂粉煤灰提取氧化铝分为碱法工1012017年第6期洁净煤技术第23卷艺[8-10]和酸法工艺[11-13],酸法工艺中盐酸浸取法被认为是最好的方法㊂通过盐酸浸取高铝粉煤灰提取氧化铝的关键步骤是氯化铝六水合物(ACH)的生产,以及氧化铝的煅烧[14]㊂结晶氯化铝在180ħ就完全分解产生氧化铝㊁氯化氢和水蒸气,结晶氯化铝失重率达到78．9%[15]㊂要获得冶金级氧化铝,必须在高温(1000ħ以上)对结晶氯化铝分解获得的氧化铝进行煅烧,使其满足冶金级氧化铝物性条件㊂实际生产过程中如果将结晶氯化铝一步直接加热到1000ħ,煅烧产生的高水蒸气和氯化氢分压会抑制结晶氯化铝的分解,降低煅烧效率和产品氧化铝质量㊂同时结晶氯化铝分解产生的水蒸气也被加热,增加了系统的热负荷,提高了生产成本㊂过高的温度使得结晶氯化铝分解速率增加,产生的氧化铝结构更加疏松,机械强度更低㊂为了克服结晶氯化铝一步焙烧获得氧化铝存在的上述问题,本文采用分步煅烧法,在较低的温度下使结晶氯化铝分解成粗氧化铝,再在高温对其煅烧,改变其物性,达到冶金氧化铝的要求㊂1㊀试验方法试验中采用结晶氯化铝(AlCl3㊃6H2O,分析纯,国药集团化学试剂有限公司生产)为原料,使用马弗炉进行焙烧试验㊂1．1㊀试验方法试验过程分为低温煅烧和高温煅烧㊂低温煅烧:取1g结晶氯化铝平铺于坩埚底部,样品厚度不超过5mm,尽可能减少加热过程中样品内部的传热阻力㊂将坩埚迅速放入预热好的马弗炉中,控制加热温度和加热时间,通过减重法测量计算煅烧前后结晶氯化铝的质量损失,进而获得结晶氯化铝分解率随煅烧温度和煅烧时间的变化规律㊂高温煅烧:取1g低温煅烧结晶氯化铝获得的氧化铝为原料,按照低温段的方法再次进行焙烧㊂1．2㊀分析方法及仪器采用热重分析仪(NETZSCH STA449F3)分析结晶氯化铝的热分解性能㊂采用X射线荧光分析仪(ZSX Primus II)对氧化铝的组成进行分析㊂采用采用XRD分析仪(RINT2000)对氧化铝的物相进行分析㊂采用BET分析仪(TriStar3000)对氧化铝的比表面积和孔分布进行分析㊂采用英国Malvern 公司激光粒度分析仪(Mastersizer2000)分析氧化铝的粒径及粒径分布㊂2㊀试验结果与讨论2．1㊀分步煅烧图1为结晶氯化铝在低温煅烧和高温煅烧时分解率随煅烧温度和煅烧时间的变化,分解率是结晶氯化铝的实际失重量与理论完全分解的失重量之比㊂由图1(a)可以看出,低温煅烧时当煅烧温度高于200ħ时,结晶氯化铝的失重量和分解率随着加热时间增加迅速增大,30min时分解率就达到96%,加热时间超过30min后变为平缓,而且随着时间的继续增加失重量和分解率增加速率也变得极低,加热到5h时分解率也仅为97%㊂这些结果表明结晶氯化铝极易分解,在低温煅烧阶段就可以实现90%以上的分解㊂尽管低温煅烧除去了超过90%以上的氯化氢和水,但仍然残留了少量的氯离子在煅烧形成的粗氧化铝中,高温煅烧的主要目的是进一步去除残留氯,同时改进氧化铝的物性,使其达到冶金氧化铝的要求㊂由图1(b)可以看出高温煅烧时粗氧化铝中残留的氯和水进一步发生分解,随着煅烧温度和时间的增加,粗氧化铝的分解率也逐渐增大㊂由此表明,采用两步煅烧法完全可以满足结晶氯化铝制备冶金级氧化铝㊂图1㊀结晶氯化铝分解率随煅烧温度和时间的变化Fig．1㊀Crystalline aluminum chloride decomposition rate vary with calcination temperature and time201郭㊀强等:结晶氯化铝分步煅烧制备冶金级氧化铝研究2017年第6期粗氧化铝中残留的氯并不是全部以无水AlCl 3形式存在的,而是以碱式氯化铝的形式AlCl x (OH)y存在,一些研究结果也早已证实了结晶氯化铝在200ħ下煅烧时可以获得碱式氯化铝㊂进一步通过红外分析证实了粗氧化铝中残留的碱式氯化铝,结果如图2所示,可以看出低温煅烧获得的粗氧化铝中有明显的羟基吸收峰(3300cm -1处)㊂而经过高温煅烧获得的产品氧化铝并没有检测出㊂由此也可以推断出两步煅烧时结晶氯化铝发生的反应为AlCl 3㊃(H 2O)612Al 2O 3(s)+3HCl(g)+4．5H 2O(g)(1)AlCl 3㊃(H 2O)6 AlCl x (OH)y (s)+(3-x )HCl(g)+(6-y )H 2O(g)(2)AlCl x (OH)y12Al 2O 3(s)+x HCl(g)+y -32æèöøH 2O(g)(3)式中,x +y =3㊂图2㊀粗氧化铝和产品氧化铝的红外谱图Fig．2㊀Infrared spectra of crude alumina and alumina products尽管高温煅烧可以将粗氧化铝中残留的氯去除到合格标准,但煅烧的时间如果太长,必定会增加系统的能耗,不利于工业化应用㊂为此,希望能够通过改变试验条件来促进残留氯的去除㊂通过对反应(3)进行分析,发现当反应式右侧的y <1．5时,H 2O 的系数变为负值,这表明水在此条件下成为一种反应物参与反应(式(4))㊂笔者认为低温煅烧的粗氧化铝中必然存在y <1．5的碱式氧化铝,因此可以通过外部加入水来促进碱式氧化铝的分解[16]㊂AlCl x (OH)y +32-y æèöøH 2O(g) 12Al 2O 3(s)+x HCl(g)㊀㊀y <32(4)㊀㊀试验中采用管式炉在1000ħ对低温煅烧获得氯离子残留量为10%左右的粗氧化铝进行测试,结果如图3所示㊂可以看出,在含有水蒸气(20%体积分数)的吹扫气氛下产品氧化铝的氯残留量明显低于不含水蒸气条件㊂同样的煅烧温度,当煅烧时间为60min 时,水蒸气气氛为下获得的氧化铝氯的残留量仅为0．0015%㊂这表明高温煅烧时水蒸气的存在可以明显促进粗氧化铝中残留氯的分解㊂图3㊀1000ħ焙烧后产品氧化铝氯残留量随煅烧时间的变化Fig．3㊀Chlorine residue of the alumina changing with thecalcination time after 1000ħroasting图4㊀低温和高温煅烧后氧化铝的XRD 谱图Fig．4㊀XRD pattern of alumina after calcination at lowtemperature and high temperature2．2㊀分步煅烧对氧化铝物相的影响物相组成是冶金级氧化铝的重要物理性能之一,标准要求是氧化铝主体为γ相,含有少量(5%左右)的α相㊂对试验中低温煅烧和高温煅烧后获得氧化铝进行XRD 分析,结果如图4所示㊂低温段由于煅烧温度较低,形成的粗氧化铝的XRD 图均为3012017年第6期洁净煤技术第23卷馒头状的鼓包型峰,没有明显的尖锐状的衍射峰,这表面结晶氯化铝低温煅烧形成的粗氧化铝均为无定型态㊂粗氧化铝经过高温煅烧后,XRD 衍射谱图发生明显变化㊂高温煅烧时随着煅烧温度的增大,氧化铝的晶型逐渐由γ型变为α型㊂可以看出煅烧温度为950ħ时,氧化铝的衍射峰中并没有α氧化铝,1000ħ时有少量的α氧化铝衍射峰出现,当温度达到1100ħ时,氧化铝基本都转变为α相㊂2．3㊀分步煅烧对氧化铝微观形态的影响微观形貌和结构也是冶金级氧化铝的一项重要性能,对氧化铝的电解过程有重要影响㊂图5为获得的粗氧化铝和产品氧化铝的SEM 宏观㊁表面和断面图㊂可以发现,低温煅烧脱除水和氯化氢后获得的无定型氧化铝在外观上呈棒状,从表面及断面图可以看出棒状的氧化铝是由多层片状氧化铝堆叠形成的㊂这种层状堆叠结构使得粗氧化铝的结构非常疏松,而且机械强度极低㊂高温煅烧后氧化铝的结构并没有发生明显变化,依然保持这片层状堆积结构,唯一的区别就是部分结构发生塌陷和破裂,使得氧化铝的粒度变小㊂这种片层状堆积氧化铝的结构形成主要有2方面的原因:①结晶氯化铝煅烧过程中失去近80%的自身质量形成氧化铝,导致原有的密实结构变空,正是这一本质原因决定了产品氧化铝结构较为松散;②结晶氯化铝本身在形成晶体的过程中由晶核在外层层包覆长大形成的,煅烧过程中层与层之间的水脱除导致片层氧化铝的形成㊂图5㊀不同工艺获得的氧化铝的SEM 图Fig．5㊀SEM images of alumina obtained by different processes2．4㊀分步煅烧对氧化铝粒度和比表面积的影响冶金级氧化铝除了化学组成和物相性质外,对其输送㊁起尘和电解性能影响最大的就是粒度和比表面积㊂对两步法制备的氧化铝进行粒度分析测试,结果如图6(a)所示㊂可以看出,两步法获得的氧化铝粒度较大,且低温煅烧获得的粗氧化铝粒径明显大于高温煅烧获得的产品氧化铝,同时高温煅烧后产品氧化铝的小粒径颗粒明显增加,这主要是由于高温煅烧过程粗氧化铝的结构塌陷导致㊂通过定量分析发现高温煅烧后产品氧化铝的平均粒径(D 50)在220μm 左右,且粒径小于40μm 的粒子占比仅为5%~8%,超过60%的粒子粒径大于150μm㊂对不同温度煅烧后的氧化铝进行BET 分析(图6(b)),发现当煅烧温度高于1000ħ时,随着煅烧温度的升高,氧化铝的比表面积逐渐减小,主要原因是氧化铝中的α相增加,使得孔结构减少㊂由于结晶氯化铝转变为氧化铝时失重太大,从而导致产品氧化铝结构松散,堆密度低㊂这一本质是无法改变的,但是可以从调整结晶氯化铝的晶体粒度尝试改进产品氧化铝的粒度和比表面积,进而提升其电解性能㊂图7为不同粒度的结晶氯化铝通过两步法(300ħ,2h 和1000ħ,30min)和一步法(1000ħ,60min)煅烧获得的氧化铝的性质对比㊂可以看出,随着结晶氯化铝粒度的变小,产品氧化铝的粒度也变小,而比表面积却增大㊂而两步法和一步法对于产品氧化铝粒度的影响并不明显,但两步法获得的氧化铝比表面积明显高于一步法,这可能是一步法在煅烧过程中温度梯度较大,使得氧化铝401郭㊀强等:结晶氯化铝分步煅烧制备冶金级氧化铝研究2017年第6期图6㊀氧化铝的粒度和比表面积随焙烧温度变化Fig．6㊀Particle size and specific surface area of aluminavary with the calcinationtemperature图7㊀结晶氯化铝粒度和煅烧方法对氧化铝粒度和比表面积的影响Fig．7㊀Effect of particle size and calcination approach of crystalline aluminum chloride on particle size andspecific surface area of alumina分解速度太快,导致其结构塌陷较严重㊂由此可以看出,分步煅烧法相比一步煅烧可以获得比表面积更大的产品氧化铝㊂3㊀结㊀㊀论1)结晶氯化铝分步煅烧法生产冶金级氧化铝是可行的,其适宜的条件是低温段煅烧温度为250~350ħ,煅烧时间为0．5~3h;高温段煅烧温度为1000~1100ħ,煅烧时间为15~60min;高温煅烧过程中加入适量的水蒸气可以有效提高氧化铝中氯的去除㊂2)结晶氯化铝煅烧获得的氧化铝的物相主要取决于煅烧温度,不同煅烧温度形成不同的物相,同时随着煅烧时间的增加,物相含量增加㊂氧化铝呈片层状堆叠结构,该结构较为松散,机械强度和密度较小㊂3)氧化铝的粒度与结晶氯化铝的粒度有关,结晶氯化铝粒度越小,氧化铝粒度越小㊂随着煅烧温度的增加,氧化铝的比表面积逐渐减小,这与氧化铝中α相的含量增加有关㊂4)结晶氯化铝煅烧获得生产的氧化铝并不能达到碱法沙状氧化铝的标准,需要建立适合酸法生产的氧化铝的行业标准㊂参考文献(References ):[1]㊀戴枫,樊娇,牛东晓.我国粉煤灰综合利用问题分析及发展对策研究[J].华东电力,2014(10):2205-2208.DAI Feng,FAN Jiao,NIU prehensive utilization of fly ash in China and its development countermeasures [J].East China Electric Power,2014(10):2205-2208.[2]㊀庆承松,任升莲,宋传中.电厂粉煤灰的特征及其综合利用[J].合肥工业大学学报,2003,26(4):529-533.QING Chengsong,REN Shenglian,SONG Chuanzhong.Features and utilization of fly ash in power station[J].Journal of Hefei Uun-iversity of Technology,2003,26(4):529-533.[3]㊀张金山,冯俊生,杨泽林,等.粉煤灰分级㊁脱炭及其综合利用[J].内蒙古电力技术,1996(1):36-39.ZHANG Jinshan,FENG Junsheng,YANG Zelin,et al.Grading,de-carburization of fly ash and its comprehensive utilization[J].In-ner Mongolia Electric Power,1996(1):36-39.[4]㊀蒋家超,赵由才.粉煤灰提铝技术的研究现状[J].有色冶金设计与研究,2008,29(2):40-43.JIANG Jiachao,ZHAO Youcai.Current research situation of Al ex-traction from fly ash [J].Nonferrous Metals Engineering &Re-search,2008,29(2):40-43.[5]㊀秦健波,范仁东,方莹,等.利用粉煤灰提取氧化物的研究进展[J].洁净煤技术,2016,22(4):15-19.QIN Jianbo,FAN Rendong,FANG Ying,et al.Progress of extrac-ting oxide from fly ash[J].Clean Coal Technology,2016,22(4):15-19.5012017年第6期洁净煤技术第23卷[6]㊀陈颖敏,赵毅,张建民,等.中温法从粉煤灰中回收铝和硅的研究[J].电力情报,1995(3):35-38.CHEN Yinmin,ZHAO Yi,ZHANG Jianmin,et al.Research of ex-tracting silicon and aluminum from fly ash at medium temperature [J].Information on Electric Power,1995(3):35-38. [7]㊀YAO Zhitong,XIA Meisheng,SARKER Prabir Kumar,et al.A re-view of the alumina recovery from coal fly ash,with a focus in Chi-na[J].Fuel,2014,120:74-85.[8]㊀赵喆,孙培梅,薛冰,等.石灰石烧结法从粉煤灰提取氧化铝的研究[J].金属材料与冶金工程,2008,36(2):16-18.ZHAO Zhe,SUN Peimei,XUE Bing,et al.Study on the influence of sintering condition in alumina leaching process in extracting alu-mina from fly ash by the way of limestone sinter[J].Metal Materi-als and Metallurgy Engineering,2008,36(2):16-18. [9]㊀苏双青,马鸿文,邹丹,等.高铝粉煤灰碱溶法制备氢氧化铝的研究[J].岩石矿物学杂志,2011,30(6):981-986.SU Shuangqing,MA Hongwen,ZOU Dan,et al.The preparation of aluminum hydroxide from high-alumina fly ash based n alkali dis-solution method[J].Acta Petrologica et Mineralogica,2011,30(6):981-986.[10]㊀唐云,陈福林.碱石灰烧结法提取粉煤灰中的氧化铝[J].矿冶工程,2008,28(6):73-75.TANG Yun,CHEN Fulin.Extracting alumina for fly ash by sodalime sintering method[J].Mining and Metallurgical Engineering,2008,28(6):73-75.[11]㊀郭强.粉煤灰酸法提取氧化铝的工艺研究进展[J].洁净煤技术,2015,21(5):115-118,122.GUO Qiang.Development on leach of alumina from fly ash byacid method[J].Clean Coal Technology,2015,21(5):115-118,122.[12]㊀范艳青,蒋训雄,汪胜东,等.粉煤灰硫酸化焙烧提取氧化铝的研究[J].铜业工程,2010(2):33-38.FAN Yanqing,JIANG Xunxiong,WANG Shengdong,et al.Studyon recoveringal from fly ash by sulphatation calining[J].CopperEngineering,2010(2):33-38.[13]㊀石振武.酸浸法提取粉煤灰中氧化铝的研究新进展[J].广东化工,2013,40(5):62-63.SHI Zhenwu.A new method of extraction of alumina from fly ashby acid leaching[J].Guangdong Chemical Industry,2013,40(5):62-63.[14]㊀GUO Y,LYU H,YANG X,et al.AlCl3㊃6H2O recovery from theacid leaching liquor of coal gangue by using concentrated hydro-chloric inpouring[J].Separation&Purification Technology,2015,151:177-183.[15]㊀HARTMAN M,TRNKA O,ŠOLCOVÁO.Thermal decompositionof aluminum chloride hexahydrate[J].Industrial&EngineeringChemistry Research,2005,44(17):6591-6598. [16]㊀PARK K Y,PARK Y W,YOUN S H,et al.Bench-scale decom-position of aluminum chloride hexahydrate to produce poly(alumi-num chloride)[J].Industrial&Engineering Chemistry Re-search,2000,39(11):4173-4177.ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ(上接第100页)[22]㊀HU X,WU L,JU S,et al.Mechanistic study of catalysis on thedecomposition of N2O[J].Environmental Engineering Science,2014,31(6):308-316.[23]㊀蓝计香.飞灰循环流化床锅炉NO x和N2O排放控制研究[J].动力工程,1996,16(5):39-44.LAN Jixiang.The research of emission controlling of NO x andN2O on fly ash circulating fluidized bed boiler[J].Power Engi-neering,1996,16(5):39-44.[24]㊀张磊,杨学民,谢建军,等.粉煤和石灰石加入位置对循环流化床燃煤过程NO x与N2O排放的影响[J].中国电机工程学报,2006,26(21):92-98.ZHANG Lei,YANG Xuemin,XIE Jianjun,et al.Effect of coaland limestone addition position on emission of NO x and N2O dur-ing coal combustion in a circulating fluidized bed combustor[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(21):92-98. [25]㊀何杰.煤燃烧过程中氯化氢的排放特性研究[D].杭州:浙江大学,2002.[26]㊀王茜,韩奎华.钙基吸收剂脱除SO2和HCl研究进展[J].电力科技与环保,2013,29(3):1-5.WANG Qian,HAN Kuihua.Research progress of simultaneousdesulfurization and dechlorination with calcium-based sorbents[J].Electric Power Environmental Protection,2013,29(3):1-5.601。
提高煤热解过程中BTX收率的方法_陈静升
中国能源资源的基本特点是“富煤、 贫油、 少 ， 气” 以煤为主的能源结构是中国经济发展的重要 基础和特色。2012 年中国原煤生产总量达 36. 5 亿 t， 同比 2011 年增长 3. 7% ， 并随着经济的快速发展， 煤耗量也将逐年增长 。 目前中国每年煤炭开采 量的 90% 左右用于发电、 工业锅炉和民用煤， 多为 直接燃烧 ， 未充分利用煤分子结构中含氢的潜在 优势及丰富的芳香结构， 利用效率低、 环境污染严 煤中大部分碳以芳香 重。而由煤的化学结构可知， 族结构形式存在， 可以转化为多种形式的化合物， 以
Abstract ： The technology of coal pyrolysis and conversion of high value － added aromatic chemicals is one of the important ways of coal efficient and clean utilization． To obtain high yield aromatic compounds and tar from coal pyrolysis process with high yield， analyse the influencing factors including pyrolysis atmosphere， catalyst， solvent pretreatment technology as well as reactor type on pyrolysis product distribution． The results show that， the development of pyrolysis technology and catalyst help to improve the BTX yield， meanwhile some secondary causes also should be payed attention． Key words： coal； pyrolysis； BTX yield； phenolic compounds
辛置选煤厂浮选精煤掺粗工艺改造——张敬波
㊀第24卷增刊1洁净煤技术Vol.24㊀Supp.1㊀㊀2018年8月Clean Coal TechnologyAug.㊀2018㊀辛置选煤厂浮选精煤掺粗工艺改造张㊀敬㊀波(山西焦煤霍州煤电集团有限责任公司辛置选煤厂,山西霍州㊀031412)摘㊀要:针对辛置选煤厂二车间入选原煤中高灰细泥含量高㊁浮选精煤脱水设备运行周期长㊁煤泥水系统负荷大等问题,通过分析浮选入料性质进行浮选精煤掺粗工艺改造,并对改造效果进行分析㊂由于浮选精矿浓度偏低(255g /L )㊁<0．125mm 粒度级含量偏低(占24%)㊁<0．045mm 粒度级含量较高(占46%),需在浮选精矿中适当掺入低灰细精煤物料,保证浮选精矿浓度㊁粒度均达标㊂将浮选精矿浓度控制在280g /L 以上,<0．045mm 粒级控制在40%以下㊂增加管路及阀门,将1组精煤磁尾旋流器底流物料掺入浮选精矿中,确保浮选精矿浓度㊁粒度达到最佳要求㊂每月浮选精煤增加效益43．20万元;介耗降低增加7．56万元,合计创效50．76万元,年可增创效609．12万元㊂关键词:浮选精煤;掺粗;浮选效果;脱水效率中图分类号:TD94㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2018)S1-0112-03Roughing process modification of clean coal in Xinzhi coal preparation plantZHANG Jingbo(Xinzhi Coal Preparation Plant ,Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Electricity Group Co.,Ltd.,Huozhou ㊀031412,China )Abstract :Aiming at the problem of high ash and fine mud content,long operation cycle of dehydrating equipment and heavy load of coal mud water system in two workshop of coal preparation plant,roughing process modification of clean coal was conducted,and transformation effect was analysed.Because the concentration of flotation concentrate is low(255g /L),the grain level of below 0.125mm is low(24%)and the grain level of above 0.045mm is higher(46%),the low ash fine coal material should be properly added into the flotation concen-trate to ensure that the concentration of flotation concentrate and the size of the flotation concentrate reach the standard.The concentration of flotation concentrate is controlled above 280g /L,and the particle size below 0.045mm is below 40%.Increase the pipeline and valve,mix the bottom flow material of the one sets of clean coal magnetic tail swirler into the flotation concentrate to ensure that the concentration and granularity of the flotation concentrate meet the best requirements.The monthly flotation concentrate increases the benefit by 0.432million yuan,and the medium consumption decreases by 75.6thousand.The total effect is 0.5076million yuan,and the annual profit in-creases by 6.0912million yuan.Key words :flotation concentrate;roughing;flotation effect;dewatering efficiency收稿日期:2018-03-20;责任编辑:白娅娜㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.18032002作者简介:张敬波(1977 ),女,黑龙江讷河人,选煤工程师,从事选煤工艺及煤质管理工作㊂E -mail :137901561@qq．com 引用格式:张敬波.辛置选煤厂浮选精煤掺粗工艺改造[J].洁净煤技术,2018,24(S1):112-114.ZHANG Jingbo.Roughing process modification of clean coal in Xinzhi coal preparation plant[J].Clean Coal Technology,2018,24(S1):112-114.0㊀引㊀㊀言辛置选煤厂二车间始建1987年,于1989年投产,原设计年入选能力1．50Mt /a,设计采用跳汰分选 煤泥直接浮选 尾煤压滤回收[1]㊂经2007年重介改造后实际生产规模达2．60Mt /a㊂选煤工艺设计采用动筛预排矸,不脱泥无压给料三产品重介旋流器和煤泥重介分选,煤泥直接浮选,浮选尾煤两段浓缩回收工艺流程[2-3]㊂1㊀浮选精煤处理系统存在问题选煤二车间改造后取得了良好的经济效益,但目前煤泥水系统工艺环节受入选原煤细泥含量影响较为突出㊂尤其是井下过断层或无碳柱,入选原煤中高灰细泥含量剧增,造成煤泥水系统运行负荷大㊁效果差㊂主要表现为加压过滤机㊁快开压滤机运行周期长211张敬波:辛置选煤厂浮选精煤掺粗工艺改造2018年增刊1(加压仓规定ɤ250s/仓,严重时高达800~1000 s/仓;压滤机规定ɤ1200s/板,严重时达3000 s/板),大量低灰细粒物料随浮选尾矿进入浓缩池,造成精煤损失,增加浓缩机运行负荷,浓缩池内物料积聚,循环水浓度高,煤泥水系统恶化[4-5]㊂2㊀浮精处理系统改造2．1㊀浮选精矿回收工艺选煤二车间浮选精矿主要由1台加压过滤机(型号GPJ120/3-C)和2台快开压滤机(型号KZG350/1500ˑ2000)脱水回收处理㊂正常生产情况下,二车间每小时入选原煤580t,需处理的浮选精煤量为58~70t,每小时加压过滤机必须处理15仓料(约22t),快开压滤机打6板料(约42t),否则浮精不能充分回收,制约浮选效果㊂2．2㊀物料浓度及粒度组成分析2．2．1㊀浮选精矿浓度及粒度组成在设备完好的情况下,制约加压过滤机及快开压滤机运行周期的主要因素是入料浓度及粒度组成㊂通过多次采样试验对比,发现入料浓度低于280g/L,入料中细泥(<0．045mm)含量大于40%时,加压过滤机及快开压滤机运行周期将大幅上升㊂改造前浮选精矿小筛分试验见表1(物料浓度255g/L,灰分11．31%,硫分1．16%)㊂表1㊀改造前浮选精矿小筛分试验Table1㊀Small screening test of flotation concentrate before transformation粒度/mm质量/g产率/%灰分/%筛上累计产率/%灰分/%筛下累计产率/%灰分/%>0．531．5210．021．5210．0210011．31 0．50~0．252010．105．9111．626．4598．4811．33 0．250~0．1252512．636．6524．246．5588．3811．95 0．125~0．0745427．278．5951．527．6375．7612．83 0．074~0．04563．039．9154．557．7648．4815．22 <0．0459045．4515．5710011．3145．4515．57合计19810011．312．2．2㊀精煤旋流器底流浓度及粒度组成对二车间精煤旋流器底流进行小筛分试验,物料浓度为631g/L㊁>0．125mm物料产率为95．48%,灰分为16．12%,硫分1．15%,精煤旋流器底流具有浓度高,细泥含量低,灰分㊁硫分适中的特点㊂二车间精煤旋流器底流小筛分试验见表2㊂表2㊀二车间精煤旋流器底流小筛分试验Table2㊀Small screening test of bottom flow of fine coal cyclone in two workshop粒度/mm质量/g产率/%灰分/%筛上累计产率/%灰分/%筛下累计产率/%灰分/%>0．56331．6612．0331．6612．0310016．12 0．50~0．259447．2411．2978．8911．5968．3418．01 0．250~0．1253316．5827．5895．4814．3621．1133．05 0．125~0．07442．0153．2797．4915．174．5253．13 <0．07452．5153．0110016．122．5153．01合计19910016．122．3㊀掺粗方案由于浮选精矿浓度偏低(255g/L)㊁<0．125mm 粒度级含量偏低(占24%)㊁<0．045mm粒度级含量较高(占46%),需在浮选精矿中适当掺入低灰细精煤物料(掺入粗煤泥量不宜太多㊁且粒度ɤ1mm,否则物料在过滤机槽内易分层,产生沉淀)㊂由于二车间精煤旋流器底流具有浓度高,细泥含量低,灰分㊁硫分适中的特点,少量掺入到浮选精矿中能提高浮选精矿浓度㊁降低细粒级物料比例,改善浮选精矿脱水效果㊂二车间浮选精矿约50t/h,若掺入精煤3112018年增刊1洁净煤技术第24卷旋流器底流4t/h,可将浮选精矿浓度控制在280 g/L以上,<0．045mm粒级在40%以下㊂通过分析车间各工艺环节技术指标,结合现场布置实际勘测,增加管路及阀门,将1组精煤磁尾旋流器底流物料掺入浮选精矿中,通过阀门调节掺入量,找到最佳掺入量,确保浮选精矿浓度㊁粒度达到最佳要求㊂改造后浮选精矿小筛分试验见表3(浓度310g/L,灰分11．97%,硫分1．12%)㊂表3㊀改造后浮选精矿小筛分试验Table3㊀Small screening test of flotation concentrate after transformation粒度/mm质量/g产率/%灰分/%筛上累计产率/%灰分/%筛下累计产率/%灰分/%>0．5126．0310．406．0310．4010011．97 0．50~0．252211．069．1117．099．5793．9712．07 0．250~0．1253417．099．8334．179．7082．9112．47 0．125~0．0745025．1310．2959．309．9565．8313．15 0．074~0．04563．0211．0562．3110．0040．7014．92 <0．0457537．6915．2310011．9737．6915．23合计19910011．973㊀应用效果辛置选煤厂二车间浮选精煤掺粗工艺改造于2017年5月投入运行,生产实践表明,运行效果良好,达到了预期目的㊂1)优化了浮选精矿物料性质㊂改造后浮选精矿浓度由255g/L提高到310g/L;>0．125mm粒度级含量由24．24%提高到34．17%,提高了9．93%; <0．045mm粒度级含量由45．45%降至37．69%,降低了7．76%,达到了预期效果㊂2)改善了浮选精矿的脱水效果㊂在浮选精矿中掺入部分低灰分粗精煤,使滤饼具有较大的渗透性和较小的表面积,加快滤饼形成周期㊂经改造后近半年的运行,加压过滤机周期可稳定控制在250s 左右,出料水分由19．0%降至17．3%,降低了1．7%;精煤快开压滤机周期在1200s以下,出料水分由25．2%降至23．4%;浮选精矿有效回收,保证了浮选效果及煤泥水系统各环节稳定运行㊂3)浮选精矿掺粗工艺改造实现了浮选精矿浓度㊁粒度的可控调整,增强对入选原煤煤质的适应能力,保证选煤生产高效㊁平稳运行㊂提高浮选精煤回收率,减少尾矿跑煤,减少了进入浓缩池细泥含量,提高浓缩池沉淀效果,保证系统循环水水质达标㊂4)提高了经济效益㊂浮选精矿掺粗工艺的改造提高了浮选精煤回收率,煤泥水负荷减少,循环水质改善,提高脱介筛脱介及磁选机回收效果,减少生产过程中技术介耗损失㊂与改造前相比,浮选精煤产率可提高0．20%,介耗可降低0．20kg/t㊂按每月入选原煤27万t,精煤价格1000元/t,煤泥价格200元/t,介粉1400元/t计算,浮选精煤增加效益43．20万元;介耗降低7．56万元,每月合计创效50．76万元,年可增创效609．12万元㊂4㊀结㊀㊀语辛置选煤厂二车间浮选精煤掺粗工艺改造效果显著,保证了煤泥水系统正常运转,提高浮选精煤回收率,降低了成本消耗㊂但系统改造后,若精煤脱介筛筛板跑粗,易造成粗颗粒经旋流器底流进入浮选精矿而影响加压过滤机㊁精煤快开的脱水效果,建议做好筛板的日常维护检查,确保掺入物料的浓度与粒度要求㊂参考文献(References):[1]㊀闫孟仁,何增利,陈长有.自动配煤系统在辛置选煤厂的应用[J].选煤技术,2003(4):41-42.[2]㊀时宏杰,王斌.GPJ120/3-C型加压过滤机在辛置选煤厂的应用[J].煤矿机械,2010,31(9):164-166.[3]㊀时宏杰.辛置选煤厂介耗管理[J].洁净煤技术,2011,17(1):25-26,32.SHI Hongjie.Medium consumption management of Xinzhi coal preparation plant[J].Clean Coal Technology,2011,17(1):25-26,32.[4]㊀戴少康.选煤工艺设计实用技术手册煤炭工业出版社[M].2版.北京:煤炭工业出版社,2016.[5]㊀吴大为,闫锐敏.选煤实用技术丛书[M].徐州:中国矿业大学出版社,2014.411。
洁净煤技术 --精选
水的低pH值使得鱼的骨骼畸形生长，最 终导致死亡
引起树木的大量不正常死亡
能源与动力工程学 院
严重腐蚀建筑物
中国·呼和浩特
天昏昏兮人郁郁 此句古诗是形容阴雨连绵的日子里，天 昏昏沉沉, 人也打不起。如果是酸雨, 除了气压低, 湿度 大之外, 再加上酸性物质引起的皮肤瘙痒，眼角膜红肿， 气管哮喘，人就不止是昏昏沉沉, 而是昼夜难熬了。人的 许多疾病多由精神而起, 长期精神郁闷, 必将导致疾病缠 身。
SO2 NOx
H2SO4 HNO3
酸雨使森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少， 农田土壤酸化、贫瘠，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大 面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。
能源与动力工程学 院
pH值小于5.6的雨水。 1.概念：
中国·呼和浩特
燃烧煤、石油、天然气等，不断向大气 2.原因： 中排放二氧化硫和氧化氮等酸性气体。
能源与动力工程学 院
中国·呼和浩特
1.3.3氮氧化物与光化学烟雾污染 (1)氮氧化物 A燃料型 B热力型 C瞬时型 （2）危害 A NOx损伤肺部，刺激鼻咽喉，降低输血能力 B 光化学烟雾污染
能源与动力工程学 院
中国·呼和浩特
（3）光化学烟雾污染
SO2、NOx、飘尘 光化学烟雾
光化学烟雾：碳氢 化合物和NOx在太 阳光作用下发生光 化学反应而生成的 中间产物和最终产 物组成的特殊混合 物。造成人们眼睛 红肿、咽炎、呼吸 道疾病恶化乃至思 维紊乱，肺水肿等 疾病。
能源与动力工程学 院
中国·呼和浩特
能源生产和消费中存在的问题：
（1）目前相对平衡，但能源相对短缺将是伴随我国 经济社会发展整个过程的长期问题 （2）能源的利用率低 （3）各部门的比重不合理
2023年我国煤炭行业市场发展前景分析
消费领域多元化
Diversified consumer sectors
1.2022年我国煤炭行业市场发展的重要趋势：消费者对 可再生能源和清洁能源的需求逐渐增加
2022年我国煤炭行业市场发展的一个重要趋势。随着能源结构调整和环境保护意识的提高，我国消费者对能源产 品的需求正逐渐多元化。在过去，煤炭作为主要的能源供应来源，被广泛应用于工业生产和电力领域。然而，随 着新能源技术的快速发展和政府对环境保护的重视，消费者对可再生能源和清洁能源的需求逐渐增加。
2. 经济发展需求推动煤炭需求增长
我国经济持续快速增长对能源需求的支撑作用明显。随着我国经济进一步发展，特别是制造业和建筑业的快速 增长，煤炭在工业生产和能源供应中的地位依然稳固。因此，煤炭需求将受到良好的宏观经济环境的稳定拉动， 预计市场需求仍将保持稳定增长的态势。
清洁煤技术创新引领
1.2023年我国煤炭行业清洁煤技术创新与绿色可持续发 展
2.2022年煤炭行业减排显著，为全球气候变化贡献中国力量
2022年煤炭行业减排效果突出不仅对环境保护产生积极影响，也为全球应对气候变化贡献了中国力量。据估算，由于煤炭行业减排，全球二氧化碳 排放量较前一年减少了2.5%，为控制球气候变暖提供了重要支持。
3.政府和企业合力推动煤炭行业减排，实现绿色低碳发展
1.2022年煤炭市场受限，环保推动替代措施，煤炭地位稳固
根据市场趋势和预测，可以预见到2022年我国煤炭行业市场发展前景将受到新能源替代的一定限制。虽然随着环保意识和政策的推动，一些地区对煤炭的限制和替代措施可能会增加，但是由于我国煤炭资源丰富、便利和 成本相对较低，煤炭仍将在能源结构中占据重要地位。
国际煤炭需求下滑
国际煤炭需求下滑：
煤焦油加氢转化技术_朱豫飞
1. 63 36. 36 27. 05 34. 96
1. 55 41. 58 33. 68 23. 19
元素分析 /% 组分分析 /%
ω（ C） ω（ H） ω（ S） ω（ N） ω（ O）
饱和烃 芳烃
胶质 + 沥青质
90. 99 5. 61 0. 53 1. 02 1. 85
0. 52 32. 13 67. 35
1 煤焦油的组成和性质
由于原料煤性质和煤热解温度的不同，所得煤 焦油在组成和性质上存在着明显差别，高温煤焦油 和中低温煤焦油的组成和性质见表 1。从组成上 看，中低温煤焦油的氢元素、氧元素、低级酚和饱和 烃的含量明显高于高温煤焦油，高温煤焦油的重馏 分油含量较高，其密度和残炭也大于中低温煤焦油。 反应性能上，中低温煤焦油的加氢裂化活性明显高 于高温煤焦油［1］。
83. 15 7. 96 0. 38 0. 89 7. 62
10. 46 13. 65 75. 89
2 煤焦油加氢转化技术
2. 1 轻馏分油固定床加氢精制技术 轻馏分油固定床加氢精制技术是煤焦油加氢转
化技术中最简单的一种，其基本流程如图 1 所示。 常减压蒸馏装置将煤焦油全馏分切割成 ＜ 350 ℃ 的 轻馏分油和 ＞ 350 ℃ 的重油，其中重油部分直接用 作燃料油或沥青，将 ＜ 350 ℃ 的轻馏分油作为固定 44
第 20 卷第 3 期
2014 年 5 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol. 20 No. 3 May 2014
煤焦油加氢转化技术
朱豫飞
（ 北京低碳清洁能源研究所，北京 102209）
摘 要： 分析了国内已经研究开发的煤焦油加氢转化技术，按照各技术的特点和轻油产品收率将现有
抚顺油页岩半焦燃烧特性
㊀第23卷第5期洁净煤技术Vol．23㊀No．5㊀㊀2017年9月Clean Coal TechnologySep.㊀2017㊀抚顺油页岩半焦燃烧特性李艳昌1,2,吴晓宇1,2,韩㊀光1,2(1.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院,辽宁阜新㊀123000;2.矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室,辽宁葫芦岛㊀125105)摘㊀要:为了提高油页岩半焦燃烧特性对以油页岩半焦氧化为主要热源的抚顺油页岩炼油工艺效率,利用扫描电镜与热重分析对450㊁550㊁650ħ三种不同制焦温度下的抚顺油页岩半焦(J1㊁J2㊁J3),进行了表面形态和燃烧特性分析㊂结果表明,由于挥发分的析出,半焦表面结构变得粗糙,羽化现象严重㊂由于可燃物质随制焦温度上升析出较多缘故,半焦着火温度随制焦温度的上升而增高,在20ħ/min 升温速率下,着火温度由J1焦样的384.7ħ升高到J3焦样的408.8ħ㊂半焦的活化能在低转化率比在高转化率时要小,这主要是由于在高转化率下,可燃物减少,灰分热阻增加㊂关键词:油页岩半焦;燃烧;着火温度;活化能;转化率中图分类号:TE6㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2017)05-0067-05Combustion characteristics research of Funshun oil shale semi -cokeLI Yanchang 1,2,WU Xiaoyu 1,2,HAN Guang 1,2(1.College of Safety Science and Engneering ,Liaoning Technical University ,Fuxin ㊀123000,China ;2.Key Laboratory of Mine Thermodynamic Disasters and Control of Ministry of Education ,Huludao ㊀125105,China )Abstract :In order to improve the efficiency of the oil shale semi -coke combustion characteristics to the Fushun oil shale refining process,which main source of heat is the semi -coke'soxidation,three Fushun oil shale semi -coke's surface morphology and combustion character-istics with different coke making temperature 450ħ,550ħand 650ħare reasearched by SEM and TG.The results show that the semi-coke surface becomes rough and serious feathering duing to volatile releasing.TGA data shows that the semi -coke's ignition temperaturerise with the high semi -coke's coke making temperature,the ignition temperature increased to 408.76ħof J3semi -coke from 384.7ħof J1semi -coke at 20ħ/min what mainly duing to releaing more combustible material in coke making process at high temperature.Char activation energy is relatively small in a low conversion rate,the activation energy rises at high conversion rates duing to the reduction of combustible and the obstruction of the ash.Key words :oil shale semi -coke;ignition temperature;activation energy;conversion rates收稿日期:2017-01-04;责任编辑:张晓宁㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2017.05.013基金项目:国家自然基金资助项目(51274113)作者简介:李艳昌(1976 ),男,河北任丘人,副教授,博士㊂研究方向为能源清洁利用㊂E -mail :liyanchang76@sina．com 引用格式:李艳昌,吴晓宇,韩光.抚顺油页岩半焦燃烧特性[J].洁净煤技术,2017,23(5):67-71.LI Yanchang,WU Xiaoyu,HAN bustion characteristics research of Funshun oil shale semi -coke[J].Clean Coal Technology,2017,23(5):67-71.㊀㊀油页岩是一种可燃性矿产,资源储量巨大,分布广泛,在中国㊁美国㊁巴西都有大量的油页岩㊂油页岩由矿物质和有机质组成,有机质中氢含量较高,通过低温干馏可得碳氢比类似于天然石油的页岩油㊂我国已经进行了多年油页岩的开发与利用,白书霞等[1]对煤系共伴生油页岩热解残渣利用进行了研究,提出油页岩残渣可用作环保材料㊂蒋德华[2]对茂名油页岩的燃烧特性进行了研究,分析了其在循环流化床上燃烧应用的可行性㊂赵娜等[3]对大庆油页岩及其半焦的特性进行了研究㊂折建梅[4]对微波影响甘肃油页岩的热解进行了研究㊂王擎等[5]利用流化床对油页岩半焦和烟煤燃烧利用进行了研究㊂刘洪鹏等[6]利用热重分析仪对油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性进行了研究㊂李晓栋等[7]利用热重分析仪对桦甸㊁龙口和依兰的不同制焦温度油页岩半焦进行了燃烧特性分析㊂抚顺油页岩炼油技术采用固定床装置,将12~75mm 的成品页岩,从干馏炉顶装入机进入炉内,在上部的干馏段762017年第5期洁净煤技术第23卷进行干燥㊁预热与干馏㊂此过程中,油页岩中大部分页岩油被释放出来,并与干馏瓦斯㊁水蒸汽一起由导出管导出炉外㊂干馏后的页岩半焦进入发生段,温度为75~85ħ的主风,通过炉底风头进入发生段,经过页岩灰预热后,与半焦中的固定碳发生还原反应而生成CO㊁H 2等[8-10]㊂反应中油页岩半焦的生成与燃烧对炼油效率的影响至关重要,本文借助扫描电镜与热重分析仪,对不同制焦温度下油页岩半焦表面形态与燃烧特性进行了研究,为抚顺油页岩炼油技术的改进提供必要的基础参数㊂1㊀试㊀㊀验油页岩半焦的制取采用固定床管式炉试验台,油页岩粒度小于20mm,制焦温度为450㊁550㊁650ħ,达到目标温度后制焦1h㊂制取的油页岩半焦粉碎至粒径小于0．074mm(200目)进行热重分析实验㊂采用德国耐驰公司的449型热重分析仪,温度设定从50ħ升至900ħ,空气气氛通量40mL /min,升温速率10㊁20㊁40ħ/min㊂半焦的表面形态利用ssx -550型扫描电镜进行分析㊂油页岩及其半焦的工业及元素分析见表1,其中J1㊁J2㊁J3分别为450㊁550㊁650ħ下所制焦样㊂2㊀油页岩焦样与半焦的SEM 分析油页岩岩样与不同制焦温度的油页岩焦样的表面形态如图1所示㊂可以看出,油页岩样颗粒的表面呈鳞片状结构,虽然比较粗糙,但相对比较完整;焦样颗粒的表面比油页岩相对粗糙,羽化比较严重,焦样颗粒的层状结构比油页岩的层状结构解理明显,鳞片也比油页岩样的鳞片相对薄和小,说明在制焦过程中,热应力和热解气体的逸出对于焦样的羽化和解理起到了促进作用㊂而且高制焦温度得到的焦样比低制焦温度焦样的表面结构更加细化㊂表1㊀油页岩及其半焦的工业分析及元素分析Table 1㊀Proximate and ultimate of oil shale and its semi -coke样品工业分析/%M ad A ad V ad FC ad Q b,ad /(MJ㊃kg -1)元素分析/%C ad H ad N ad S t,ad O ad 油页岩3．6576．3816．933．04539712．172．220．710．704．17J11．3181．6014．442．6535139．381．470．640．435．17J21．1187．907．193．8025436．550．910．550．432．55J30．7491．364．573．3320766．160．540．410．490．30图1㊀油页岩岩样与不同制焦温度的油页岩焦样表面形态Fig．1㊀SEM micrographs of Oil shale and coke in different temperature3㊀热重实验及燃烧特性分析各油页岩半焦样热重试验结果如图2所示,油页岩半焦着火温度的比较如图3所示㊂可以看出,TG 曲线的排列顺序相同,从左到右依次为10㊁20㊁40ħ/min;同一失重点在不同升温速率下失重温度不同,低升温速率曲线的失重温度较低,高升温速率曲线的失重温度较高,相同升温段内,低升温速率要比高升温速率的反应时间充足,所以进入下一温度段时,反应进度要快一些;在100~350ħ内,TG 曲线变化较为平缓,350~500ħ为挥发分析出燃烧段,TG 曲线变化表现为失重迅速,500ħ以后TG 曲线变化逐渐平缓,说明此时可燃成分趋于燃尽,同时存在矿物质的分解,对油页岩半焦的热解与燃烧有一定影响㊂对比不同制焦温度焦样TG 曲线的失重率,随制焦温度升高,焦样可燃物质变少,从J1的近20%降到J3的10%左右㊂这意味随制焦温度升高,油页岩裂解程度加深,造成油页岩半焦可燃物减少㊂86李艳昌等:抚顺油页岩半焦燃烧特性2017年第5期图2㊀各油页岩半焦样热重试验结果Fig．2㊀TG curves of oil shale semi -coke图3㊀油页岩半焦着火温度比较Fig．3㊀Comparison of oil shale semi -coke s ignitiontemperature3．1㊀油页岩半焦的着火温度分析着火温度反映油页岩半焦着火性能强弱,不仅受半焦的结构㊁粒度㊁物性影响,还受试验条件㊁试验参数的设定㊁半焦的氧化反应能力和反应活性的影响㊂从燃烧理论分析,油页岩半焦着火是在均相反应中进行,即在挥发出来的气体中开始㊂油页岩半焦中挥发分在加热下不断逸出,达到一定量后在某一温度下开始燃烧㊂采用最常用的TG -DTG 法确定油页岩的着火温度[11]㊂通过求解得到油页岩半焦着火温度(图3)㊂图中共有3组油页岩半焦的9个着火温度数据,随着制焦温度的升高,除10ħ/min 升温速率下J2数据点,着火温度都是随着制焦温度的升高而升高,如10ħ/min 条件下,着火温度从J2的360．18ħ升高到J3的395．24ħ,20ħ/min 条件下,着火温度从J1的384．70ħ升高到J3的408．76ħ,40ħ/min 条件下,着火温度从J1的393．70ħ升高到J3的413．24ħ㊂这说明高制焦温度下,油页岩的可燃成分分解更多,留在半焦中可燃物相对更少,导致高制焦温度的油页岩半焦着火温度更高㊂另外,各油页岩半焦着火温度也随升温速率的升高而升高,如J1从10ħ/min 条件下的375．71ħ升高到40ħ/min 下的393．70ħ,J2从10ħ/min 条件下的360．18ħ升高到40ħ/min 下的398．10ħ,J3从10ħ/min 条件下的395．24ħ升高到40ħ/min 下的413．24ħ,主要是因为升温速率大,热滞后增加,导致热重曲线上的起始温度和终止温度偏高,出现样品在较高的温度范围内着火燃烧;同时热重加热装置与样品之间㊁样品由外向内传热的温度梯度变大,导致油页岩半焦样的燃烧反应的温度区间升高㊂3．2㊀油页岩半焦燃烧的活化能分析采用Friedman -Reich -Levi 方程[12]中的多重升温速率法对油页岩半焦燃烧的表观活化能进行求解,通过指数变换可得到:ln[β(d a /d T )]=ln[Af (a )]-E /RT式中,a 为转化率,%;β为升温速率,K /min 或ħ/min;E 为活化能,kJ /mol ;A 为指前因子;R 为气体常数,8．314J /(mol㊃K);T 为热力学温度,K㊂通过利用热重数据,可作出ln[β(d a /d T )]与-1/T 的直线,由直线的斜率计算活化能E ㊂不同制焦温度下的焦样Friedman -Reich -Levi 求解活化能数据见表2㊂从表2可以看出,活化能的求解数据相关率r 都接近1,最小的为J3转化率80%条件下的0．949,说明Friedman -Reich -Levi 法在油页岩半焦活化能求解非常适用,各油页岩半焦样品的活化能在低转化率下(20%㊁40%㊁60%)的活化能较高转化率(80%)的活化能低,其中J1和J3样品要低很多,如J1转化率20%的活化能为200．22kJ /mol,而转化率80%条件下的活化能为385．98kJ /mol;J3转化率20%的活化能为223．77kJ /mol,转化率80%时活化能为307．43kJ /mol,而J2的活化能差距则相962017年第5期洁净煤技术第23卷对较小,类似结果在王擎等[13]的研究中也有论述㊂这种情况可能主要是由于反应初期㊁中期,反应物较充分,反应较容易进行;而在反应的后期或末期,反应物较少,浓度较低,单纯以质量作用定律来分析,反应速度会较低,反应进行难度变大,活化能较大㊂另外,反应后期,由于灰分的影响,热阻增大,增加了反应的难度[14-15]㊂表2㊀不同制焦温度下焦样的活化能数据Table2㊀Activation energy of oil semi-coke at differenttemperat ure样品转化率/%y=a+bxa br(相关率)E/(kJ㊃mol-1) 2031．6324081．640．977200．22J14047．0236705．900．970305．17 6040．3533113．130．961275．308053．6746424．990．990385．982033．9026278．550．999218．48 J24029．2923915．290．999198．83 6031．5226914．490．984223．778031．5429158．110．981242．422034．1226915．390．962223．77 J34033．2827490．780．997228．56 6031．7327518．980．998228．798040．4436977．690．949307．43 4㊀结㊀㊀论1)随着高制焦温度的升高,半焦表面形态羽化严重,由于挥发分的快速析出而使表面结构松散㊂2)随着高制焦温度的升高,生成半焦的挥发分逐渐减少,着火温度升高,20ħ/min升温速率下,着火温度由J1的384．7ħ到J2的398．1ħ和J3的408．76ħ㊂3)各焦样在低转化率的活化能低于高转化率下的活化能,主要是反应初期㊁中期,反应物较充分,反应较容易进行,而在反应的后期或末期,可燃物减少,反应难度变大㊂4)J1的挥发分含量较多,如果控制在此温度进行页岩油的制取和半焦生成,将造成资源浪费;J3可燃物较少,可能出现反应热量不足和着火困难的现象,因此实际的炼油可考虑控制在550~650ħ进行页岩油的制取和半焦生成㊂参考文献(References):[1]㊀白书霞,初茉,李小聪,等.煤系共伴生油页岩热解残渣利用技术[J].洁净煤技术,2014,20(6):112-114.BAI Shuxia,CHU Mo,LI Xiaocong,et al.Application of residue produced from coal associated oil shale retorting[J].Clean Coal Technology,2014,20(6):112-114.[2]㊀田红,廖正祝.生物质与油页岩混合热解特性研究[J].洁净煤技术,2015,21(3):93-97,50.TIAN Hong,LIAO Zhengzhu.Pyrolysis characteristics of biomass and oil shale mixture[J].Clean Coal Technology,2015,21(3): 93-97,50.[3]㊀赵娜,吴国光,王盘成,等.大庆油页岩及其半焦孔结构研究[J].洁净煤技术,2009,15(4):76-78.ZHAO Na,WU Guoguang,WANG Pancheng,et al.Study on the specific area and porous structure of Daqing oil shale and semi-coke[J].Clean Coal Technology,2009,15(4):76-78.[4]㊀折建梅,宋永辉,兰新哲,等.微波功率对油页岩热解的影响[J].洁净煤技术,2011,17(5):66-69.SHE Jianmei,SONG Yonghui,LAN Xinzhe,et al.Influence of mi-crowave power on pyrolysis of oil shale[J].Clean Coal Technolo-gy,2011,17(5):66-69.[5]㊀王擎,陈曦,刘洪鹏,等.油页岩半焦和烟煤在流化床内燃烧过程研究[J].电站系统工程,2015(3):5-8.WANG Qing,CHEN Xi,LIU Hongpeng,et al.Kinetic study of bi-tuminous coals and oil shale semi-cokes in a batch fluidized bed [J].Power System Engineering,2015(3):5-8.[6]㊀刘洪鹏,巩时尚,贾春霞,等.油页岩半焦与玉米秸秆混合燃烧特性研究[J].科学技术与工程,2016,16(25):278-285.LIU Hongpeng,GONG Shishang,JIA Chunxia,et al.Experiment to co-combustion characteristics of oil shale semi-coke and corn straw[J].Science Technology and Engineering,2016,16(25): 278-285.[7]㊀李晓栋,樊保国,金燕,等.油页岩半焦燃烧特性试验研究[J].煤炭学报,2016,41(10):2473-2478.LI Xiaodong,FAN Baoguo,JIN Yan,et al.Experimental study on combustion characteristics of oil shale semi-coke[J].Journal of China Coal Society,2016,41(10):2473-2478.[8]㊀马国明.抚顺油页岩干馏炉热载体分布分析[J].露天采矿技术,2014(6):88-90.MA Guoming.The distribution analysis of oil shale retort furnace heat carrier in FushunOpencast[J].Mining Technology,2014(6): 88-90.[9]㊀许辉,郑博.抚顺干馏炉工艺计算[J].中国石油和化工标准与质量,2013(12):25-26.XU Hui,ZHENG Bo.Process calculating of Fushun retort furnace [J].China Petroleum and Chemical Standard and Quality,2013(12):25-26.[10]㊀白章,柏静儒,王擎,等.抚顺式油页岩干馏工艺系统模拟及分析[J].中国电机工程学报,2014,34(14):2228-2234.BAI Zhang,BAI Jingru,WANG Qing,et al.Process simulation07李艳昌等:抚顺油页岩半焦燃烧特性2017年第5期and analysis of the fushun-type oil shale retorting system[J].Proceedings of the CSEE,2014,34(14):2228-2234. [11]㊀聂其红,孙绍增,李争起,等,褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究[J].燃烧科学与技术,2001,7(1):72-76.NIE Qihong,SUN Shaozeng,LI Zhengqi,et al.Thermogravimetricanalysis on the combustion characteristics of brown coal blends[J].Journal of Combustion Science and Technology,2001,7(1):72-76.[12]㊀田宜水,王茹.基于多升温速率法的典型生物质热动力学分析[J].农业工程学报,2016,32(3):234-240.TIAN Yishui,WANG Ru.Thermokinetics analysis of biomassbased on model-free different heating rate method[J].Transac-tions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2016,32(3):234-240.[13]㊀王擎,王海刚,孙佰仲,等.油页岩及其半焦混烧特性的热重试验研究和动力学分析[J].化工学报,2007,58(11):2882-2888.WANG Qing,WANG Haigang,SUN Baizhong,et al.Thermo-gravimetric study and kinetic analysis of blended combus-tion characteristics of oil shale and semi-coke[J].Journal ofChemical Industry and Engineering(China),2007,58(11):2882-2888.[14]㊀黄富,李术元,徐明,等,桦甸油页岩半焦燃烧特性及动力学研究[J].石油化工高等学校学报,2011(3):55-59.HUANG Fu,LI Shuyuan,XU Ming,et bustion characteris-tics of the semi-coke from huadian oil shale[J].Journal of Petro-chemical Universities,2011(3):55-59.[15]㊀TIWARI,PANKAJ,MILIND positional and kinetic anal-ysis of oil shale pyrolysis using TGA-MS[J].Fuel,2012.94:333-341.ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ(上接第45页)[8]㊀孙煜.电厂锅炉混煤掺烧技术应用[J].电工文摘,2015,34(5):68-70.SUN Yu.Boiler blended coal combustion technology research and practice[J].Electrical Engineering Abstracts,2015,34(5):68-70.[9]㊀刘家利,杨忠灿,相大光,等.燃用褐煤大型电站锅炉的设计特点[J].热力发电,2010,39(11):8-12.LIU Jiali,YANG Zhongcan,XIANG Daguang,et al.Design features of lignite-coal fired large-scale utility boilers[J].Thermal Power Generation,2010,39(11):8-12.[10]㊀姚伟,韩立芳,薛宁,等.煤质变化对电站锅炉运行的影响[J].热力发电,2005,34(7):22-26.YAO Wei,HAN Lifang,XUE Ning,et al.The influence of coalquality on the operation of power plant[J].Thermal Power Gener-ation,2005,34(7):22-26.[11]㊀DL/T466 2004,电站磨煤机及制粉系统选型导则[S].[12]㊀DL/T1106 2009,煤粉燃烧结渣特性和燃尽率一维火焰炉测试方法[S].[13]㊀DL/T1466 2015,煤粉气流着火的测试方法[S].[14]㊀马煜,李学飞.风扇磨煤机性能参数的计算与研究[J].矿山机械,2011,39(1):75-77.MA Yu,LI Xuefei.Calculation and study on performance parame-ters of beater wheel mills[J].Mining Machinery,2011,39(1):75-77.[15]㊀鲁文恭,杨忠灿,张安国.大型褐煤电站锅炉风扇磨煤机选型试验[J].热力发电,2014,43(12):95-98.LU Wengong,YANG Zhongcan,ZHANG Anguo.Experimentalstudy on fan mill type selection in large lignite-fired power plants[J].Thermal Power Generation,2014,43(12):95-98.17。
煤基喷气燃料研究现状及展望_杨文
伴随着航空业的快速发展，喷气燃料的需求量 不断增加。我国喷气燃料的消费量以每年 13% 左 右的速度增长，2013 年喷气燃料消费量达到 2200 万 t［1］。传统的喷气燃料都是以石油为原料炼制而 成，而且喷气燃料馏分仅占原油总量的 4% ～ 8% 。 因此，世界石油资源枯竭，必将造成喷气燃料的原料 供应不足。喷气燃料的发展与超音速飞机的发展密 切相关。未来的超音速飞机存在质量的限制，并且 会产生更 高 的 热 负 荷［2］。 这 两 点 要 求 未 来 的 喷 气 燃料要具有高密度和优良吸热性能。然而，石油基 喷气燃料在密度和吸热等性能上已经达到极限，难 以满足未来超音速飞机的要求［3］，迫切需要寻找新 的原料来制备喷气燃料。全球范围内煤的储量远超 石油，因此以煤炭为原料制备喷气燃料将具有重大 的战略意义。煤基喷气燃料最先由美国宾西法尼亚 州立 大 学 的 Schobert 教 授 提 出 并 研 制 成 功［4］。 Schobert 教授研制的煤基喷气燃料具有先进的热稳 定性，即使在 900 （ 482 ℃ ） 条件下仍能长时间保 持稳定，所以这种喷气燃料也被称为 JP － 900。南 非的萨索尔公司通过煤间接液化技术制取煤基全合 成喷气燃 料［5］。 该 喷 气 燃 料 的 化 学 组 成 和 理 化 性 能与石油 基 喷 气 燃 料 相 似，并 且 已 投 入 商 业 应 用。 另外，由煤直接液化油切割出的喷气燃料馏分段的 烃类组成与 JP － 900 非常接近，因此，目前多个研究 机构已开始研究通过煤直接液化制取喷气燃料的相 关技术［6］。总体而言，煤基喷气燃料目前仍处于起 步阶段。虽然其优异性能已得到广泛公认，但进行 大规模工业化生产并最终投向市场仍然有很多问题 需要解决。此外，绝大部分煤化工企业对于煤基喷 气燃料并没有清晰认识，到目前为止，文献中对于煤 基喷气燃料的研究只局限在某一种，并没有全面论 述。鉴于此，笔者系统介绍煤基喷气燃料的研究历 史、制备方法和优异性能，并对其未来发展方向进行 展望，以期推动煤基喷气燃料的发展。
洁净煤
洁净煤
洁净煤(CleanCoal)一词是80年代初期美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·刘易斯(Drew Lewis，美国)和威廉姆·戴维斯(WilliamDavis，加拿大)提出的。
洁净煤技术(Clean Coal Technology，简称CCT)的含义是：旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。
由于中国煤炭开采和利用的特点决定，中国洁净煤技术领域与国外洁净煤技术领域重点放在燃烧发电技术上有所不同，含盖从煤炭开采到利用全过程，是煤炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
神华煤直接液化工艺中硫元素的转化_吴琼
0
引
言
合形成了雾霾
［1 ］
。由于我国富煤贫油少气， 3 000 m
近年来我国雾霾天气频繁出现， 波及范围广， 持 续时间 长， 严 重 危 害 到 人 类 的 健 康。 大 量 研 究 证 NO x 和可吸入颗粒物是雾霾的主要组成， 认 明 SO 2 、 为煤炭燃烧的烟气、 工业废气和汽车尾气等排放大 量的 SO 2 和 NO x ， 与水泥、 建筑等行业产生的扬尘结
Abstract ： In order to reduce sulfur emission during coal utilization， the conversion of elementary forms and contents of sulfur in raw materials， catalysts promoters， intermediate product， product oil and wastes of direct Shenhua coal liquefaction process were discussed．The transform and removal mechanism effects of sulfur were analyzed during coal gasification， purification of shifted gas， coal liquefaction， hydrogenation stabilization， hydro fining and 3－level hydrogenation reaction processes．The full process sulfur balance was measured and analyzed by using DCS data collection and spot sampling methods．The results showed that the gasoline product after desulfurization process completely met the standard of national V， so the SO2 emissions of automobile exhaust could be significantly reduced．The technology transferred injection sulfur and parts of coal sulfur to sulfur， 38．43% sulfur was recycled．The sulfur which couldn＇t be reused was transfered into oil dregs and ashes in coal liquefaction．The process could protect environment effectively． Key words： direct coal liquefaction； sulfur element； hydrogenation reaction； coal gasification； desulfurization
大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥脱水过程管控——康学刚
㊀第24卷增刊2洁净煤技术Vol.24㊀Supp.2㊀㊀2018年11月Clean Coal TechnologyNov.㊀2018㊀大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥脱水过程管控康学刚,王小平,吕宏广,白㊀晶(神东洗选中心大柳塔选煤厂,陕西榆林㊀719315)摘㊀要:为减小粗煤泥水分对商品煤质量和选煤厂利润的影响,从粗煤泥脱水管理角度出发,分析二级水力分级旋流器底流口直径㊁弧形筛倾角㊁弧形筛筛板筛缝㊁离心机筛篮筛缝㊁离心机工况检查等因素对粗煤泥产品脱水效果的影响㊂结果表明,在大柳塔选煤厂末煤系统,二级水力分级旋流器底流口直径由90mm 降低至75mm ,粗煤泥水分同步降低2．2%;弧形筛筛板筛缝由0．35mm 增加至0．5mm ,粗煤泥水分降低1．45%;粗煤泥离心机筛篮筛缝由0．35mm 增至0．5mm ,粗煤泥水分降低0．91%㊂关键词:粗煤泥;二级旋流器;弧形筛;离心机;水分中图分类号:TD94㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2018)S2-0056-04Control of coarse slime dewatering process in final coal system ofDaliuta coal preparation plantKANG Xuegang,WANG Xiaoping,LYU Hongguang,BAI Jing(Daliuta Coal Preparation Plant ,Shendong Coal Preparation Center ,Yulin ㊀719315,China )Abstract :In order to reduce the influence of coarse coal slime water on coal quality and coal preparation plant profit,effect of bottom diam-eter of secondary hydrocyclone,cyclone sieve bend angle,cyclone sieve seam,centrifuge seam,centrifuge condition check on the coarse coal slime product dehydration.The results show that in the tailings coal system of Daliuta coal preparation plant,bottom diameter of sec-ondary hydrocyclone decreases from 90mm to 75mm,and the crude slime moisture decreases by 2.2%simultaneously.The mesh of cy-clone sieve is increased from 0.35mm to 0.5mm,and the moisture of coarse coal mud decreases by 1.45%.The seam of coarse slimecentrifuge increases from 0.35mm to 0.5mm,and the crude coal moisture decreases by 0.91%.Key words :coarse coal slime;secondary cyclone;arc screen;centrifuge;moisture收稿日期:2018-09-27;责任编辑:白娅娜㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.18092709作者简介:康学刚(1989 ),男,陕西榆林人,助理工程师,从事选煤厂煤质管理工作㊂E -mail :525894122@ 引用格式:康学刚,王小平,吕宏广,等.大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥脱水过程管控[J].洁净煤技术,2018,24(S2):56-59.KANG Xuegang,WANG Xiaoping,LYU Hongguang,et al.Control of coarse slime dewatering process in final coal system of Daliuta coal prepara-tion plant[J].Clean Coal Technology,2018,24(S2):56-59.0㊀引㊀㊀言大柳塔选煤厂是一座特大型现代化矿井型选煤厂,位于神府东胜矿区中部㊁乌兰木伦河东侧,行政区划隶属陕西省神木县大柳塔试验区管辖㊂设计规模34Mt /a,承担大柳塔两矿井㊁外购煤的分选加工和装车外运工作㊂大柳塔选煤厂末煤系统建于2009年,可入选活井末原煤也可入选大井末原煤㊂分选工艺为<13mm 末原煤经1．5mm 脱泥筛进行湿法脱泥,>1．5mm 物料经有压两产品重介旋流器分选出矸石和精煤2种产品㊂<1．5mm 物料进入煤泥桶后由泵运送到水力分级旋流器进行分级,旋流器底流物料进入粗煤泥螺旋分选,利用螺旋分选机将部分矸石排出后产生粗煤泥由二级水力分级旋流器/弧形筛/离心机进行联合脱水并回掺混煤㊂脱水后末煤系统粗煤泥全水分24%~25%,因水分相对较高,粗煤泥回掺混煤,严重影响混煤质量,造成混煤的低位发热量降低㊂一是增加铁路的无效运输,影响冬季卸车;二是产品质量不能满足用户需求;三是洗水浪费,增加生产成本;四是目前神东煤炭集团洗选中心实施的内部市场化利润考核,对利润影响较大㊂65康学刚等:大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥脱水过程管控2018年增刊2末煤系统全部开启,足量生产,末精煤㊁不入选末原煤㊁末煤粗煤泥㊁末煤细煤泥掺配组成混煤㊂按照2017年全年的活井混煤发热量回归公式计算得,水分1%影响粗煤泥发热量303．88kJ,影响整体混煤41．87kJ㊂按照混煤售价规则,发热量提高1kJ,价格增加0．0777元,降低粗煤泥水分1%,影响活井混煤价格0．777元㊂2017年活井混煤完成872万t,则影响全年效益678万元㊂1㊀粗煤泥脱水存在问题及整改措施粗煤泥粒度接近煤泥,通常在0．3mm以上,不易采用浮选处理[1-2]㊂大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥回收采用螺旋分选机排矸,二级旋流器/弧形筛/离心机联合处理脱水,实现将水与煤泥分离并加以回收的过程[3]㊂大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥分选的工艺流程为:煤泥桶产品经分级旋流器分级,溢流进入浓缩池,底流由螺旋分选机分选,进入产品桶,在进入二级水利分级旋流器分级,溢流进入浓缩池,底流经弧形筛浓缩脱水后,进入粗煤泥离心机离心脱水形成最终产品粗煤泥㊂在整个工艺流程过程中,影响粗煤泥产品的主要是二级水力分级旋流器的浓缩分级过程㊁弧形筛脱水过程㊁离心机脱水过程,以及流程之外的管理等方面因素㊂1．1㊀二级水力分级旋流器水力旋流器的工作原理是矿浆在一定压力下通过切向进料口给入旋流器,在旋流器内形成回旋流,矿浆在旋流器内受重力及离心力的合力作用,粗颗粒向外/向下运动,最终由底流口排出,细颗粒向内/向上运动,最终由溢流口排除,形成粗粒级为主的高浓度底流和细粒级为主的低浓度溢流[4-5]㊂二级水力分级旋流器在整个粗煤泥脱水过程中,属于脱水前的准备作业,使用二级水力分级旋流器的主要目的:一是控制进入弧形筛上物料的粒度组成,根据比表面积理论,粒度越小,吸附的水分越多,脱水越困难,通过水力分级旋流器的分级作用,可以控制粗煤泥中细粒级物料的比例㊂二是控制进入弧形筛物料的浓度,通过二级旋流器的浓缩作用,降低进入弧形筛的物料浓度,降低弧形筛的处理压力㊂影响水利分级旋流器工作的因素理论上包括给矿直径㊁溢流管直径㊁底流口直径㊁旋流器锥角㊁给料压力㊁入料性质等㊂调节二级旋流器工况最直观的方法是调整二级旋流器的底流口直径㊂通过现场试验,底流口直径75㊁80㊁85㊁90mm时,粗煤泥产品水分分别为23．6%㊁24．1%㊁24．3%和25．8%㊂底流口直径变小,旋流器底流浓度变大,最终产品水分随之降低,试验过程中底流口直径继续降低,底流口容易因粗颗粒堆积造成堵塞㊂通过对底流口直径85㊁75mm设备采样分析,结果见表1㊂由表1可知,相同入料压力下㊁入料浓度㊁粒度变化不大时,水力旋流器底流口直径75mm 底流物料中粗颗粒含量明显较高,底流浓度处于后续粗煤泥脱水的最佳范围[6]㊂在选煤厂日常管理过程中,要定时检测二级旋流器底流嘴直径,底流嘴磨损严重时及时更换底流嘴㊂表1㊀旋流器小筛分试验结果粒径/mm入料(85mm)产率/%累计产率/%底流(85mm)产率/%累计产率/%入料(75mm)产率/%累计产率/%底流(75mm)产率/%累计产率/%>0．528．528．538．638．638．738．761．961．9 0．50~0．2532．661．226．465．025．964．623．785．6 0．250~0．12517．678．722．587．515．880．48．694．2 0．125~0．0759．488．16．193．710．991．42．596．7 0．075~0．0456．394．44．297．84．195．41．798．5 <0．0455．61002．21004．61001．5100合计100100100100㊀㊀注:底流口直径85mm旋流器入口㊁底流浓度分别为216．4㊁487．8g/L;底流口直径75mm旋流器入口㊁底流浓度分别为227．8㊁550．6g/L㊂1．2㊀弧形筛弧形筛物料以一定的速度切线方向给如筛面,由于离心力的作用,物料层紧贴筛面运动㊂物料层由一根筛条流向另一根筛条的过程中,每根筛条的边棱都对物料层产生切割作用,被切割的物料在离心力的作用下,经筛缝排出,成为筛下产物,未被切752018年增刊2洁净煤技术第24卷割的那部分物料越过根根筛条成为筛上产物[7-8]㊂影响弧形筛的工作参数包括筛面弧度㊁筛面曲率半径㊁筛缝宽度㊁筛条宽度㊁入料压力㊁入料浓度等㊂在选煤厂现有工艺下,弧形筛使用工况的主要影响因素是入料浓度㊁筛缝宽度以及弧形筛的安装角度等㊂弧形筛入料浓度在15%~40%,25%时筛分效率最好,为保证最终产品的水分,现有弧形筛的入料浓度均在40%左右㊂因物料在弧形筛面上的分离是概率透筛形成的,弧形筛的筛缝宽度是实际分离粒度的1．5~2．0倍[9]㊂对0．35㊁0．50mm两种不同筛缝宽度的筛板进行对比试验,结果见表2㊂表2㊀弧形筛不同筛缝宽度产品处理结果对比弧形筛筛缝宽度/mm 弧形筛入料浓度/(g㊃L-1)弧形筛筛上物料水分/%离心机产品水分/%0．50525．445．023．100．35532．148．424．55㊀㊀由表2可知,0．50mm筛板筛分后粗煤泥的产品水分明显降低㊂弧形筛安装角度越大,物料在筛面的流动速度越快,在弧形筛上的有效脱水时间越短,因此要调整弧形筛的角度,保证弧形筛上物料均匀缓慢通过㊂为了延长物料在弧形筛上的脱水时间,可在筛板上增加挡水条,增加物料脱水时间㊂1．3㊀离心机离心机是粗煤泥脱水的最后环节,离心机的脱水效果直接关系到粗煤泥产品水分㊂选煤厂目前使用卧式刮刀卸料离心机,物料由入料管均匀给入刮刀和筛篮的空腔内,在离心力的作用下,入料中水和细粒级物料透过筛篮缝隙排出,固体颗粒在刮刀作用下排出,形成最终的粗煤泥产品[10]㊂粗煤泥离心机的影响主要在以下方面:1)入料量㊂离心机的入料量大于设计能力时,离心机不能在有效时间段内将水分完全排出,导致产品水分增加㊂目前选煤厂末煤配备8台天马H-100煤泥离心机,设计处理能力100m3/t,实际处理能力85m3/t,不存在入料量过大的情况㊂2)入料粒度组成㊂粒度越小,物料比表面积越大,毛细管作用力越大,越难脱水㊂0．178mm以下细泥含量不能超过15%,随着0．178mm以下细泥量增加,产品水分大幅上升[11]㊂因此水力分级旋流器需控制好底流物料中的细泥含量㊂3)入料浓度㊂离心机最佳入料浓度在40%~50%,入料浓度过高易造成入料不均匀或入料口堵塞,影响正常生产㊂入料量相同时,水分过高增加了离心机的工作负荷,离心机的脱水效果差,产品水分就高㊂4)机械影响㊂①筛篮转速低于设计转速时(粗煤泥离心机设计转速为800r/min),离心机的分离因数降低,导致离心机脱水效果降低㊂现场造成筛篮转速降低的主要原因有:三角带松,导致皮带打滑;旋转电机电压不足或故障,导致传动速度减少等㊂②刮刀磨损会增大离心机无规则振动,不能有效排出物料,物料堵塞筛孔,降低脱水效果㊂③正常情况下,刮刀与筛篮的间距为1~3mm,间距过小,产品水分降低,筛篮磨损加重,成本太高;间距过大,不能有效将物料排出离心机,降低离心机脱水效果㊂④现场使用过程中,发现安装新筛篮后,粗煤泥产品水分升高,使用一段时间后,产品水分逐渐降低㊂通过对筛缝0．5㊁0．35mm筛篮进行对比试验,发现0．5mm筛缝筛篮的脱水效果明显优于0．35mm筛缝筛篮,结果见表3㊂表3㊀离心机筛篮不同筛缝宽度产品处理结果对比离心机筛篮筛缝宽度/mm离心机入料浓度/(g㊃L-1)离心机产品水分/% 0．5046．421．450．5046．721．720．3546．122．340．3546．522．651．4㊀粗煤泥水分管理1)通过制定大柳塔选煤厂粗细煤泥水分管理考核办法,严格规范粗煤泥脱水设备操作过程中的注意事项,制定粗煤泥产品水分的考核指标,每周不定期对粗煤泥产品水分进行抽查,并通报考核,通过奖罚激励手段进行管理㊂2)不定期组织职工进行理论培训,让职工了解粗细煤泥产品水分对产品质量㊁销售利润影响,以及对个人绩效工资的影响,提高全员对粗煤泥产品水分的重视程度㊂通过全员参与的方式降低粗煤泥产品水分,避免外水进入粗煤泥产品中㊂3)为方便处理弧形筛筛前溜槽堆料的问题,各弧形筛前溜槽均安装冲洗水管,但生产过程中,操作人员为避免出现事故,冲洗水管长时间冲水,造成进入下一脱水环节的物料水分增加,需严格管控㊂85康学刚等:大柳塔选煤厂末煤系统粗煤泥脱水过程管控2018年增刊22㊀改造效果分析通过分析末煤系统粗煤泥水分偏高的原因,针对性进行了整改,末煤系统产品水分逐步下降,2018年水分抽查化验结果显示,水分管理效果明显,粗煤泥产品水分明显降低,具体见表4㊂通过理论分析和实践检验,确定选煤厂二级水力分级旋流器底流口直径为75mm,弧形筛筛板筛缝为0．5mm,粗煤泥离心机筛篮筛筛缝为0．5mm,粗煤泥产品水分可降至最低㊂表4㊀粗煤泥产品水分对比煤种化验日期M t/%M ad/%灰分/%A ad A d 发热量/(MJ㊃kg-1) Q gr,d Q net,ar四点班一期粗煤泥2018-01-1323．84．785．345．6130．5321．97四点班二期粗煤泥2018-01-1324．55．375．285．5830．4322．62零点班一期粗煤泥2018-01-1323．67．265．485．9130．422．05零点班二期粗煤泥2018-01-1324．84．086．346．6129．9821．25 3227粗煤泥2018-03-1023．72．838．228．4629．7121．71 3436粗煤泥2018-03-1023．15．286．166．5030．4522．45一期粗煤泥22:002018-03-1921．73．346．777．0030．2522．44二期粗煤泥22:002018-03-1922．43．317．447．6930．0322．98一期粗煤泥02:002018-03-1922．83．2110．8611．2228．7121．20二期粗煤泥02:002018-03-1922．73．26．626．8430．4122．56四点班一期粗煤泥2018-05-1022．83．179．629．9329．1721．56四点班二期粗煤泥2018-05-1022．22．946．937．1430．322．63零点班一期粗煤泥2018-05-1622．43．586．566．8030．4522．69四点班一期粗煤泥2018-05-1621．86．185．876．2630．6222．67一期1系统粗煤泥2018-05-3121．73．929．8510．2528．9221．69一期2系统粗煤泥2018-05-3122．33．628．048．3429．9522．92参考文献:[1]㊀全国煤炭标准化技术委员会选煤分会.选煤标准使用手册[M].北京:中国标准出版社,1999.[2]㊀吴明有,李延锋,冉进财,等.粗煤泥的分选及其对选煤工艺的影响[J].选煤技术,2009(2):71-74.[3]㊀袁真平.如何降低粗煤泥水分[J].内蒙古煤炭经济,2013(1):83,90.[4]㊀谢广元.选矿学[M].3版.徐州:中国矿业大学出版社,2016.[5]㊀刘常春,王小斌,赵建群.提高水力分级旋流器分级效果的应用研究[J].煤炭加工与综合利用,2009(9):19-21. [6]㊀谢登峰.水力分级旋流器在我国选煤厂的应用范围及研究方向[J].煤炭加工与综合利用,2009(6):24-26.[7]㊀陈建中,沈丽娟,赵跃民.选矿机械[M].徐州:中国矿业大学出版社,2009.[8]㊀顾庆丰.振动弧形筛的应用及技术革新[J].煤矿机械,2009,30(6):142-143.[9]㊀李永红.粗煤泥脱水工艺和设备的改造研究[J].神华科技,2015(1):20-24.[10]㊀郭苗,王新文,王宏凯,等.进口卧式刮刀刮刀离心机的基本原理及实践[J].煤矿机械,2010,31(9):197-199. [11]㊀孟凡贞.影响煤泥离心机产品水分的因素[M].煤炭工程,2004(1):53,58.95。
褐煤干燥脱水提质技术现状及发展方向_尚庆雨
第20卷第6期洁净煤技术Vol.20No.6 2014年11月Clean Coal Technology Nov．2014低阶煤提质利用技术专题［编者按］2013年中国原煤产量36．8亿t，低阶煤（包括褐煤、长焰煤、弱黏煤和不黏煤）在中国煤炭储量及产量中均占50%以上，已成为中国能源生产和供应的重要组成部分。
低阶煤具有水分高、灰分高、发热量低、氢氧含量高、易燃易碎等特点，不适宜直接燃烧和运输，利用能效低，污染严重，因此必须对低阶煤进行提质利用，降低其灰分和水分，提高发热量，或者生产高附加值产品。
近年来，低阶煤提质利用技术已有所突破并开始工业化应用，但总体来看，仍处于起步期，大规模低阶煤提质利用技术尚未完全成熟，诸多问题亟待解决。
煤炭工业发展“十二五”规划提出“加强低阶煤提质技术的研发和示范”，国家能源科技“十二五”规划也将低阶煤提质改性技术列入重大技术研究领域。
鉴于此，本刊组织了“低阶煤提质利用技术”专题，系统报道了低阶煤提质利用技术的研究现状及发展方向，重点介绍了低阶煤流化床提质、热解提质、超临界乙醇脱氧、干法分选及低阶煤制备水煤浆、活性焦、气化催化剂、提取腐植酸等技术，以期为提高低阶煤利用效率，实现低阶煤规模化应用提供技术参考。
褐煤干燥脱水提质技术现状及发展方向尚庆雨1，2，3（1．煤炭科学技术研究院有限公司节能工程技术研究分院，北京100013；2．煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室，北京100013；3．国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京100013）摘要：为实现褐煤合理、高效利用，减轻褐煤利用中的环境污染，阐述了国内外褐煤干燥脱水提质技术现状，论述了国内褐煤干燥脱水提质技术工业化示范项目的进展情况，说明褐煤经干燥脱水提质处理后，可脱除褐煤中大部分水分，发热量显著提高，提质后的褐煤具有较高的附加值，便于运输、贮存及综合利用。
针对褐煤干燥脱水提质过程中存在的烟尘排放量大、能耗高、余热难以回收利用、干燥褐煤成型率低、型煤易爆裂产生碎块等问题，从加强褐煤性质和干燥脱水基础理论研究、加强干燥工艺及其配套干燥设备的研发、加强褐煤干燥后产品利用技术研究3方面提出了褐煤干燥脱水提质技术的发展方向。
煤焦油分离方法及组分性质研究现状与展望
含油污泥流化悬浮焚烧技术及污染物排放_万志鹏
1
胜利油田含油污泥物性
由于来源不同， 含油污泥的组分、 性质也不尽相 同。沉降罐的油泥黏稠， 含油较多， 乳化严重， 颗粒 细密， 杂质少， 呈明显的、 分布均匀的油泥状态； 油罐 底泥含油多， 杂质以砂石和泥为主； 落地油泥中含有 泥砂组分比例变 大颗粒砂石， 含油分布不均， 原油、
， 同时也意味着石油资源的浪
第 21 卷第 1 期
2015 年 1月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol. 21 Jan．
No. 1 2015
含油污泥流化悬浮焚烧技术及污染物排放
万志鹏， 马玉峰
（ 中国石化集团胜利发电厂， 山东 东营 257087）
要： 为了实现含油污泥的低成本、 规模化、 资源化、 无害化处理， 胜利油田采用流化 － 悬浮焚烧锅 － 炉处理含油污泥， 使焚烧污染物排放达标 。介绍了流化 悬浮焚烧锅炉处理的工艺流程， 分析了焚烧 技术， 焚烧污染物 SO 2 、 NO x 排放量， 二噁英污染物排放量， 烟气中粉尘排放量， 焚烧余热利用的技术特 点。对含油污泥焚烧后的灰渣易燃性和灰渣毒性进行了分析， 并对焚烧灰渣再利用进行了论述 。 含 油污泥流化焚烧处理系统实现了环保与资源综合利用的双重效果， 项目建成后减少了含油污泥对胜 利油田的环保治理压力， 累计处理含油污泥 26 万 t， 产生了良好的环保效益与社会效益 。 关键词： 含油污泥； 焚烧； 流化床锅炉； 水煤浆； 资源化利用； 灰渣利用 中图分类号： TE992. 3 文献标志码： A 文章编号： 1006 － 6772（ 2015） 01 － 0121 － 04
含油污泥流化焚烧处理技术
焚烧技术特点 含油污泥的处理以减量化、 资源化、 无害化为原
煤气化残渣的基本特性研究_赵永彬
第21卷第3期洁净煤技术Vol.21No.32015年5月Clean Coal TechnologyMay2015节能减排煤气化残渣的基本特性研究赵永彬1，吴辉1，蔡晓亮1，卓锦德1，赖世耀1，刘洪刚2，井云环2，袁伟2（1．北京低碳清洁能源研究所功能材料研发中心，北京102211；2．神华宁煤集团煤炭化学工业公司研发中心，宁夏银川750411）摘要：为了拓展煤气化残渣综合利用途径，进一步提高煤气化残渣的附加值，研究了宁煤集团3种煤气化残渣的物理、化学及矿物相的基本性质。
研究结果发现气化残渣的真密度为2．24 2．68g /cm 3，其粒径主要集中在0．4 4．75mm 。
此外，不同的煤气化技术及工艺造成气化残渣的残炭量差异较大，化学组成主要包括SiO 2（30% 51%）、Al 2O 3（14% 19%）、CaO （8% 20%）、Fe 2O 3（12% 23%）等，其晶相主要以非晶态玻璃体为主，其含量达到67%以上。
基于气化残渣的基本特性研究其在建筑、防火、耐温等领域中应用的可能性，为气化残渣综合利用提供理论基础。
关键词：煤气化；气化残渣；陶瓷材料；水泥填料中图分类号：TQ546文献标志码：A文章编号：1006－6772（2015）03－0110－04Basic characteristics of coal gasification residualZHAO Yongbin 1，WU Hui 1，CAI Xiaoliang 1，JOW Jinder 1，LAI Shihyaw 1，LIU Honggang 2，JING Yunhuan 2，YUAN Wei 2（1．Performance Materials Ｒesearch and Development Center ，National Institute of Clean and －Low －Carbon Energy ，Beijing 102211，China ；2．Ｒesearch and Development Center ，SNCG Coal Chemical Company ，Yinchuan 750411，China ）Abstract ：In order to broaden the utilization ways of coal gasification residual and improve its added value ，the basic characteristics of physical ，chemical and mineral composition of three coal gasification residuals from Ningmei Group were studied．The results showed that ，the true density of gasification residue ranged from 2．24g /cm 3to 2．68g /cm 3，the diameter of most particles were between 0．4mm and 4.75mm．In addition ，the amount of residual carbon oxides was effected by coal gasification technology and process．The content of SiO 2，Al 2O 3，CaO ，Fe 2O 3in residual fluctuated within the scope of 30%to 51%，14%to 19%，8%to 20%，12%to 23%respectively．The a-morphous vitreous was the main crystal phase which accounted for above 67%．The feasibility research of coal gasification residual applica-tion in building ，fire protect ，temperature resistance and so on could find theoretical reference from the investigation of coal gasification re-sidual basic characteristics．Key words ：coal gasification ；gasification residue ；ceramic material ；cement material收稿日期：2014－12－01；责任编辑：孙淑君DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2015．03．028基金项目：人社部高层次留学人才资助计划（2013年）；神华集团科技创新项目（SHJT －12－48）；北京低碳清洁能源研究所所长基金资助项目（CF9300130009）作者简介：赵永彬（1976—），男，河北保定人，高级工程师，博士，从事工业固体废弃物资源化利用研究工作。
氨基磺酸系高效水煤浆添加剂合成与性能研究_王国房
1. 1 试验原料 对氨基苯磺酸钠，工业品，97% ； 苯酚，分析纯，
99. 5% ； 甲醛，工业品，36. 5% ； NaOH，分析纯。 试验煤种选用神府煤，性质见表 1。
Mad 5. 95
工业分析 /%
Aad
Vad
6. 27
31. 86
表 1 神府煤性质分析 Table 1 Analysis results of Shenfu coal
2
80 ℃ 后，用恒压滴液漏斗滴加甲醛，甲醛全部加完 后在一定温度下保温一段时间，降温后出料。 1. 3 成浆性能检测
首先将神府煤破碎至 3 mm 以下，采用分级研 磨制浆工艺进行 磨 粉 试 验［12］。 粗 粉 采 用 棒 磨 机 制 备，细粉采用超细磨机制备，粒度分布满足气化水煤 浆工艺要求［13］，然 后 将 粗 粉、细 粉 按 照 一 定 比 例 混 合，加入一定比例的合成产物搅拌成浆。水煤浆粒 度分布见表 2。
第 22 卷第 1 期
2016 年 1 月
洁净煤技术
Clean Coal Technology
Vol. 22 No. 1 Jan． 2016
煤炭加工
氨基磺酸系高效水煤浆添加剂合成与性能研究
王 国 房1，2，3，4
（ 1． 煤炭科学技术研究院有限公司 节能工程技术研究分院，北京 100013； 2． 国家水煤浆工程技术研究中心，北京 013； 3． 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013； 4． 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室，北京 100013）
water coal slurry additives was successfully synthesized by copolymerization of three monomers which were sodium p－aminobenzenesulfon-
煤泥水处理方法研究_张英杰
第20卷第3期洁净煤技术Vol.20No.32014年5月Clean Coal TechnologyMay2014煤炭加工煤泥水处理方法研究张英杰，巩冠群，吴国光（中国矿业大学化工学院，江苏徐州221116）摘要：为提高煤泥水沉降效果，实现洗水闭路循环，阐述了常用煤泥水处理方法的优缺点和应用情况，说明混凝沉淀法是目前煤泥水深度澄清的主要手段。
论述了煤泥水处理药剂的作用机理和应用进展，分析了煤泥水处理的主要研究方向，说明天然有机高分子絮凝剂具有原料来源广泛、价格低廉、无毒、易生物降解等特性；微生物絮凝剂是一种高效、安全、可自然降解的新型水处理剂，开发高效安全无污染的微生物絮凝剂并将其与矿业技术结合是今后煤泥水处理技术的发展方向。
最后指出在实际生产中，应根据煤质特性选择合适的煤泥水处理方法，此外还应不断优化煤泥水处理方法，研发经济、高效、绿色的煤泥水处理药剂。
关键词：煤泥水处理；凝聚；絮凝；洗水闭路循环中图分类号：TD946文献标志码：A文章编号：1006－6772（2014）03－0001－04Ｒesearch of slime water treatment methodsZHANG Yingjie ，GONG Guanqun ，WU Guoguang（School of Chemical Engineering and Technology ，China University of Mining Technology ，Xuzhou 221116，China ）Abstract ：To improve the effects of slime water settlement and achieve closed water circulate ，describe the advantages and disadvantages ，application of common slime water treatment methods．Point out that the coagulation sedimentation is the primary means of slime water depth clarification．Summarize the application and mechanism of treatment agents and the main research direction of slime water treatment．The natural organic macromolecule flocculant has properties of wide material source ，low price ，non －toxic ，biodegradable．The microbial flocculant is efficient ，safe and can be natural degraded．Developing microbial flocculant and combining it with mining technology is the di-rection of slime water treatment．The slime water treatment method should be chosen according to coal properties．Slime water treatment methods optimization and efficient ，safe ，environmentally friendly agents development is also important．Key words ：slime water treatment ；coagulating ；flocculating ；closed water circulate收稿日期：2014－03－04；责任编辑：白娅娜DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2014．03．001基金项目：国家自然科学基金资助项目（21206190）；中国煤炭工业协会科技指导项目（MTKJ 2012－288，MTKJ 2012－289）；中国矿业大学大型仪器设备开放共享基金资助项目作者简介：张英杰（1978—），女，河北遵化人，讲师，从事洁净煤技术研究。
甲烷化技术国产化研究进展
㊀第23卷第3期洁净煤技术Vol．23㊀No．3㊀㊀2017年5月Clean Coal TechnologyMay㊀2017㊀甲烷化技术国产化研究进展高㊀振,侯建国,穆祥宇,王秀林,宋鹏飞,张㊀瑜,张㊀勃(中海石油气电集团有限责任公司,北京㊀100028)摘㊀要:甲烷化是焦炉气制天然气㊁煤制天然气生产流程的关键步骤,为打破国外技术垄断,国内研究机构积极进行技术开发㊂系统梳理了甲烷化技术的国产化研究进展,分析了焦炉气甲烷化技术的应用现状,探讨煤制天然气甲烷化技术的应用前景,并就降低首次工程应用风险提出几点建议㊂国内甲烷化技术已经实现广泛开发,焦炉气甲烷化技术成功实现工业化应用,其国内市场占有率高于国外技术㊂煤制天然气甲烷化技术已成功开发,工业化应用前景广阔,首次工程应用时应注重经验借鉴㊁安全分析及设备选型等㊂关键词:甲烷化;焦炉气;煤制天然气;国产化中图分类号:TQ221．11㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2017)03-0016-04Progress of the methanation technology in ChinaGao Zhen,Hou Jianguo,Mu Xiangyu,Wang Xiulin,Song Pengfei,Zhang Yu,Zhang Bo(CNOOC Gas and Power Group ,Beijing ㊀100028,China )Abstract :Methanation technology is important for coke oven gas (COG)and coal to synthetic natural gas (SNG).Domestic research insti-tutions were active in this field to break through the monopoly of foreign companies.This paper systematically reviewed the progress of methanation,mainly analyzed its present application status in the field of COG,and briefly introduced its application prospect in the field of SNG.To reduce the risk of its industrial application for the first time,some advices were put forward.Domestic technologies had been wide-ly developed,and achieved commercial applications in COG with higher market share than foreign technologies.The technology had alsobeeh successfully developed in coal to SNG,with a bright industrial application prospect.It was advised to refer experiences from other sim-ilar engineering projects and to pay more attention to security analysis and equipment selection when first apply domestic technologies.Key words :methanation;coke oven gas(COG);coal to synthetic natural gas(SNG);localization收稿日期:2016-05-10;责任编辑:孙淑君㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2017.03.003作者简介:高㊀振(1987 ),男,山东莱芜人,工程师,从事甲烷化技术研究及LNG 接收站腐蚀检测相关工作㊂E -mail :gaozhen@ 引用格式:高振,侯建国,穆祥宇,等.甲烷化技术国产化研究进展[J].洁净煤技术,2017,23(3):16-19.Gao Zhen,Hou Jianguo,Mu Xiangyu,et al.Progress of the methanation technology in China[J].Clean Coal Technology,2017,23(3):16-19.0㊀引㊀㊀言甲烷化技术是焦炉气制天然气㊁煤制天然气的关键技术之一,但该技术长期被丹麦Topsoe㊁英国Davy 等国外公司技术垄断,专有技术使用费高昂,增加了项目投资成本㊂为打破国外技术垄断,国内研究机构积极进行技术开发㊂国内甲烷化技术最早用于合成氨原料气的净化,通过部分甲烷化反应用于提升城市煤气的热值[1],反应温度低(250~350ħ)㊂若进行焦炉气甲烷化和煤制天然气甲烷化,因反应有效组分CO㊁CO 2含量的增加,放热量更大,对催化剂的耐高温性能㊁抗积碳性能㊁选择性及工艺适应性要求更高㊂国内研究机构实现技术突破经常被报道,但缺乏对技术进展㊁应用现状或应用前景的系统调研及分析㊂本文系统梳理了甲烷化技术国内单位研究情况,整理国内焦炉气制天然气甲烷化技术的应用现状,并分析煤制天然气甲烷化技术的应用前景,对于工程项目甲烷化技术的合理选取㊁节约专有技术使用费等无形资产投资具有一定参考意义㊂1㊀甲烷化技术开发现状甲烷化技术按照反应器形式可分为绝热床㊁等温床㊁流化床㊁浆态床等多种形式,技术各有优61高㊀振:甲烷化技术国产化研究进展2017年第3期劣[1]㊂本文以网络公开资料及中国知网(CNKI)收录的甲烷化技术相关文献作为检索对象,经过系统检索㊁筛选可知,国内甲烷化技术研究机构主要包括西南化工设计院有限公司(简称 西南院 )㊁中国科学院大连化学物理研究所(简称 大连化物所 )㊁北京华福工程有限公司(简称 北京华福 )㊁新地能源工程技术有限公司(简称 新地能源 )㊁武汉科林精细化工有限公司(简称 武汉科林 )㊁上海华西化工科技有限公司(简称 上海华西 )等,在焦炉气和煤制天然气领域开展了大量绝热床及等温床相关试验研究,并取得了显著成果㊂绝热床技术中反应器不直接进行换热,而是采取体外废热锅炉换热的形式,同时采用循环气㊁水蒸气注入㊁多段反应器等手段共同实现温度控制,该技术以西南院㊁大连化物所等单位为代表㊂等温床技术在反应器中直接进行换热,迅速带走反应热量,理论上更容易控制反应温度,以上海华西㊁北京华福等为代表㊂1．1㊀西南院技术西南院自2006年启动焦炉气甲烷化技术的研发,相继完成实验室研究㊁中试与工艺软件包开发,于2010年5月通过四川省科技厅组织的鉴定㊂采用该技术的河北裕泰㊁山西国新正泰㊁河北迁安九江㊁河南利源等项目已经成功投产,投产装置实现长周期稳定运行,运行参数达到技术指标要求,2015年6月通过了中国石油和化学工业联合会(简称 石化联合会 )的鉴定㊂在此基础上,西南院联合中海石油气电集团有限责任公司开展了煤制天然气甲烷化成套技术的开发,依次完成实验室试验㊁模型试验㊁全流程中间试验,在2000m3/h中试装置中采用工业原料经工业化生产的原粒度甲烷化催化剂,装置运转良好,中试试验成果于2014年12月通过石化联合会鉴定[2],技术优势主要体现在低能耗㊁高效催化剂㊁高转化率㊁产品质量高等方面㊂1．2㊀大连化物所技术2009年,大连化物所下属大连凯特利催化工程技术有限公司联合山东焦化集团有限公司㊁成都五环新锐化工有限公司完成200m3/h焦炉煤气两段绝热床全流程甲烷化试验,于2010年7月通过山东省科技厅鉴定㊂催化剂在云南华鑫能源和黑龙江鹤岗天富两个焦炉气制天然气项目上实现应用㊂大连化物所煤制天然气甲烷化催化剂完成8000h实验室寿命实验,在河南义马气化厂自主设计集成了5000m3/d(折合208m3/h)工业中试装置,在工业气源条件下运行1000h,于2012年10月通过审查[3]㊂2010年,新疆广汇新能源有限公司承担㊁大连化物所参与实施的863课题 合成气甲烷化技术工业模型试验 启动实施,提出了甲烷化反应过程的工艺参数及反应器设计的数学模型;提出合理的甲烷化工艺流程,开发出完全甲烷化工艺控制方案,在新疆伊吾县淖毛湖工业区建立了规模为7000m3/d(折合292m3/h)模拟试验系统,在工业气源条件下累计运行4400h[4],于2015年2月26日通过国家科技部高技术研究发展中心组织的验收㊂大连化物所还与杭州林达化工技术工程有限公司(简称 杭州林达 )㊁太原理工大学在山西同世达焦化集团共同完成了5000m3/d(折合208m3/h)的等温床工业侧线实验[5-6],采用大连化物所催化剂和杭州林达的单段列管水冷甲烷化反应器[7-9], 2011年11月通过了山西省科技厅鉴定㊂该技术实现反应与换热同时进行,不需要补加蒸汽及设置循环回路,减少了反应器个数和配套废热锅炉,同时副产中压蒸汽,提高了能量利用率;属中低温反应,热点温度ɤ450ħ,反应器出口温度在250ħ,采用中低温催化剂,延长催化剂使用寿命;CO转化率达100%,CO2转化率达99．0%[10]㊂1．3㊀新地能源技术新地能源公司开发了一种镍铝复合结构催化剂,完成吨级催化剂工业化生产,在1000m3/d中试装置累计平稳运行10000h,于2010年通过了河北省科技成果转化中心鉴定㊂应用新地能源甲烷化催化剂的河南京宝项目于2013年5月一次性投产成功,但项目运行中因设备㊁操作等因素导致甲烷化装置出现一段催化剂积碳㊁一段反应器外壁超温㊁有机硫含量超标㊂经调查分析,上述问题是由循环气量低㊁汽气比偏低导致,通过更换催化剂㊁提高循环气量㊁降低操作温度㊁补加水蒸汽等方式,问题得到有效解决㊂1．4㊀中石化技术中石化南化集团研究院(简称 南化院 )完成NCJ-1型宽温甲烷合成催化剂和NCJ-2型低温甲烷合成催化剂的实验室开发,高低温催化剂配合使用,在模拟煤制天然气工艺条件下具有良好的活性㊁选择性㊁稳定性㊂2012年5月,该院由南京南化建712017年第3期洁净煤技术第23卷设有限公司承建100m3/h煤制甲烷气装置顺利完成中期交工㊂2014年10月,中石化炼化工程集团建设公司联合南化院㊁上海石油化工研究院㊁中石化宁波工程有限公司完成 13ˑ108m3/a 与 20ˑ108m3/a 煤制合成天然气工艺包的编制,并通过中石化科技部审查㊂1．5㊀上海华西技术自2009年起,上海华西㊁安徽华东化工医药工程有限责任公司㊁上海汉兴能源科技有限公司等单位联合开发出特殊一段等温列管式甲烷化反应器,于2015年1月通过国家工信部鉴定㊂该技术仅1台甲烷化反应器,无循环压缩机,无水蒸气补入;系统压力低于1．5MPa,装置整体能耗降低15%~ 20%;催化剂使用温度低于300ħ,使用寿命长;工艺流程短,易于控制㊂该等温反应器成功应用于云南曲靖市麒麟气体能源公司8500m3/h焦炉气制液化天然气LNG装置和内蒙古鄂托克旗建元煤焦化公司17000m3/h焦炉气制LNG装置,实现了长周期稳定运行,该技术CO转化率达99．95%㊁CO2转化率达99．9%㊂1．6㊀北京华福技术北京华福联合大连瑞克科技有限公司(简称 大连瑞克 )开发了无循环甲烷化新工艺,该技术工业中试装置进气量1000m3/h,通过现场72h连续运行考核,结果表明CO转化率>99．9%,CH4含量>95．0%,H2含量<2．0%,CO2含量<1．0%,系统压降<0．2MPa㊂该技术取消了循环压缩机及其配套的厂房㊁管道㊁控制等附属系统;新工艺将甲烷合成气分为富H2和富CO气两股,富H2从一级反应器加入,通过控制逐级(通常为3级)加入的富CO 气量来控制氢碳比和反应温度,降低了催化剂床层飞温的可能性,同时使氢碳比更容易调节;采用大连瑞克的耐高温型甲烷化催化剂,使用温度230~700ħ,反应空速5000~20000h-1;采用北京华福开发的内置废热锅炉甲烷化反应器,实现反应器与废热锅炉集成,利用气冷壁技术,冷气走壳程,避免反应器外壳直接与高温气体接触,取消了耐火砖㊂该技术主要创新点体现在无循环甲烷化工艺㊁氢碳比分级调节㊁耐高温型甲烷化催化剂及内置废热锅炉甲烷化反应器等方面㊂2㊀焦炉气甲烷化技术应用现状焦炉气经甲烷化制取天然气有效提高了焦化厂的经济效益,实现了焦炉气资源化利用㊂经过系统调研㊁整理,国内已经投产的焦炉气甲烷化项目及其技术选用情况见表1㊂表1㊀国内已投产焦炉气甲烷化项目甲烷化装置技术选用情况Table1㊀Domestic methanation technology for coke oven gas to natural gas plants(in operation)技术方用户/项目原料气/(m3㊃h-1)投产时间产品河北裕泰燃气公司350002013年11月压缩天然气CNG 西南院山西国新正泰新能源公司300002014年7月合成天然气SNG 迁安市九江煤炭储运有限公司1030002015年2月LNG 河南利源焦煤集团300002015年9月LNG大连化物所云南曲靖华鑫能源200002013年5月CNG&LNG 黑龙江鹤岗天富200002014年11月LNG上海华西云南曲靖市麒麟气体能源公司85002012年12月LNG 内蒙古鄂托克旗建元煤焦化公司180002013年10月LNG 河南京宝焦炉气制液化天然气项目350002013年5月LNG新地能源唐山唐钢气体有限公司400002014年8月LNG 唐山古冶焦炉气制液化天然气项目330002013年12月LNG 鹤岗佳润能源有限公司117002014年11月LNG 乌海华油焦炉气节能减排综合利用项目156250一期2012年10月;二期2014年1月LNG丹麦托普索中海油山东新能源325002013年12月LNG 内蒙古三聚家景新能源有限公司550002015年3月LNG 贵州黔桂天能焦炉气节能减排综合利用项目500002015年6月LNG英国戴维山东能源新汶矿业内蒙古恒坤化工有限公司370002012年12月LNG ㊀㊀注:统计数据可能与项目实际运行情况不完全一致㊂81高㊀振:甲烷化技术国产化研究进展2017年第3期㊀㊀分析表1可知,国产焦炉气甲烷化技术成功实现工程应用,工程业绩远优于国外同类技术,应用西南院绝热床甲烷化技术的河北迁安项目产能达到3．5ˑ108m3/a,产能达到1条10．0ˑ108m3/a煤制天然气生产线的1/3,在大型工业化装置上成功应用㊂与绝热床相比,因等温床技术反应温度较低,放宽了对催化剂的性能要求,对催化剂寿命有利,但应用规模相对较小㊂3㊀煤制天然气甲烷化技术应用前景及建议我国是煤炭大国,高效洁净煤技术是煤炭清洁利用的关键,煤制天然气将煤转化为清洁天然气,成为我国陆基非常规天然气资源获取的重要途径㊂目前,我国新疆庆华㊁内蒙汇能㊁大唐克旗煤制天然气项目一期都已投产,因项目前期工程规划㊁设计期间并无国产技术可以选择,前两个项目采用丹麦Top-soe技术,后者采用英国Davy技术㊂尽管前期国内市场被国外技术垄断,但国内获得 路条 的煤制天然气项目多达21家[11],2016年国家陆续批复中海油山西大同㊁北控京泰能源鄂尔多斯㊁苏新能源新疆和丰项目的环评报告,国内应用市场广阔㊂国产煤制天然气甲烷化技术面临首次工程应用,为降低工程应用风险,提出几点建议:1)分析已投产焦炉气制天然气㊁煤制天然气项目甲烷化装置建设㊁采购㊁运行中出现的问题,加强技术交流,为国产技术工程应用提供借鉴㊂2)开展危险与可操作性HAZOP(hazard and op-erability study)分析,必要时开展安全完整性等级SIL(safety integrity level)分析,指导改进和完善工艺设计及连锁设计,提升工艺本质安全㊂3)关键设备的运行在很大程度上决定了装置能否实现稳定运行,应积极开展关键设备选型研究,避免因设备选型不当影响装置正常运行㊂参考文献(References):[1]㊀侯建国,高振,王秀林,等.中国甲烷化工艺技术专利现状及分析[J].天然气化工(C1化学与化工),2015,40(2):66-70.Hou Jianguo,Gao Zhen,Wang Xiulin,et al.Present situation and analysis of patents on methanation technology in China[J].Natural Gas Chemical Industry,2015,40(2):66-70.[2]㊀侯建国,姚辉超,王秀林,等.中国甲烷化催化剂专利现状及分析[J].天然气化工(C1化学与化工),2015,40(3):70-75.Hou Jianguo,Yao Huichao,Wang Xiulin,et al.Present situation and analysis of patents on methanation catalysts in China[J].Nat-ural Gas Chemical Industry,2015,40(3):70-75.[3]㊀中国石化有机原料科技情报中心站.煤制天然气甲烷化技术取得新突破[J].化学工业与工程技术,2011,32(5):53. [4]㊀中国石化有机原料科技情报中心站.合成气甲烷化技术工业模型试验通过验收[J].石油炼制与化工,2015,59(6):78. [5]㊀张文效,姚润生,常中飞,等.焦炉煤气中低温换热甲烷化工业试验分析[J].煤化工,2012,40(3):16-19.Zhang Wenxiao,Yao Runsheng,Chang Zhongfei,et al.New tech-nology of making SNG by COG Methanation through mid-low tem-perature heat exchange[J].Coal Chemical Industry,2012,40(3): 16-19.[6]㊀王志伟,常中飞,姚润生.低温甲烷工艺制取天然气技术经济分析[J].化工进展,2011,31(S1):483-485.Wang Zhiwei,Chang Zhongfei,Yao Runsheng.Technical and eco-nomic analysis of methanation process making SNG in low tempera-ture[J].Chemical Industry and Engineering Progress,2011,31 (S1):483-485.[7]㊀楼韧,冯再南,粟杨,等.卧式水冷反应器技术开发及其在现代煤化工领域应用分析[J].煤化工,2011,31(2):9-12,34.Lou Ren,Feng Zainan,Su Yang,et al.Development of horizontal water-cooled convertor and its application in modern coal chemical industry[J].Coal Chemical Industry,2011,31(2):9-12,34.[8]㊀张文效,苗茂谦,任军.卧式水冷反应器结构特点及其应用前景分析[J].现代化工,2010,31(S2):291-294,296.Zhang Wenxiao,Miao Maoqian,Ren Jun.Analysis of structural fea-tures and application prospect of horizontal water-cooled reactor [J].Modern Chemical Industry,2010,31(S2):291-294,296.[9]㊀周传华,冯再南,王俊峰,等.中低温换热式焦炉气合成天然气新工艺[J].化肥工业,2012,39(2):27-29,43.Zhou Chuanhua,Feng Zainan,Wand Junfeng,et al.New process for synthetic natural gas from coke-oven gas by medium and low temperature heat exchange[J].Chemical Fertilizer Industry,2012, 39(2):27-29,43.[10]㊀楼韧,任筱娴,钟永芳.均温甲烷化技术用于煤制天然气探讨[J].天然气化工(C1化学与化工),2013,38(6):42-45.Lou Ren,Ren Xiaoxian,Zhong Yongfang.A discuss on applica-tion of isothermal methanation technology in coal to gas[J].Natu-ral Gas Chemical Industry,2013,38(6):42-45. [11]㊀侯建国,高振,王秀林,等.中国煤制天然气产业的发展现状及建议[J].天然气化工(C1化学与化工),2015,40(3):94-98.Hou Jianguo,Gao Zhen,Wang Xiulin,et al.Current situation andsuggestion of coal to gas industry in China[J].Natural GasChemical Industry,2015,40(3):94-98.91。
中国找到了驱散雾霾的新办法
China's new approach to cleaning its air中国找到了驱散雾霾的新办法Lost in all the coverage of China's air pollution crisis is that the country continues to build more coal-fired power plants -- with 363 new ones under construction at last count. You can't blame the Chinese; they need all the energy they can get. They've been building out wind and solar power as fast as they can, but those sources still account for less than 1% of China's power needs. The country has an ambitious nuclear program, but even that won't solve the problem. If China keeps on its current course, by 2030 roughly two-thirds of its power will still come from fossil fuels, mainly coal.尽管对中国空气污染危机的报道连篇累牍，但不为人注意的是，中国国内同时还在建设更多的煤电厂——最新统计显示，目前在建的煤电厂多达363家。
不能因此就指责中国，因为这个国家需要竭尽所能获取能源。
中国一直在以最快的速度建设风力发电站和太阳能发电站，但这些电站所提供的电力不足国内能源需求的1%。
哈尔滨工业大学燃烧工程研究所英文介绍
National Engineering Laboratory for Reducing Emissionsfrom Coal CombustionCombustion Engineering Research InstituteHarbin Institute of TechnologyCERI-HITGeneral InformationCERI-HIT was founded in1999as a successor of the Sectionof Thermal Energy Engineering,Department of PowerEngineering.CERI-HIT is the main body that operates thediscipline of thermal energy engineering of HIT,whichfocuses on education of students for power industries,andresearch on the advanced conversion and utilisation ofenergy.This discipline is established in1954with the aids ofprofessors from the former USSR.As the earliest discipline ofThermal Energy Engineering in China,a large number ofstudents has graduated over the past50years.Currently,24members,including9professors,5associateprofessors,6lecturers,1high engineer,1researcher,1assistant researcher,and1administrator are employed at theCERI-HIT.Over75graduate students and200undergraduate students,including17doctoral students,arestudying at the CERI-HIT for their degrees.The major research areas of CERI-HIT are the combustiontechnologies for clean environment.Besides,Co-productionof Chemicals and Power,biomass utility technology and gas-particle flow are also among research areas in recent years.Between2006and2007,CERI-HIT has obtained more than20million RMB’financial supports from various science andtechnology programs of the central government,i.e.,TheNational Basic Research Program,The National HighTechnology Research and Development Program,TheNational Key Technology R&D Program of China,and TheNational Natural Science Foundation of China.All thesesupports promote the fast development of CERI-HIT over awide research fields.According to a recent statistics from the Ministry of Educationof China,the position of the Thermal Energy Engineering ofHIT is within the top5among the same discipline in the wholeChinese universities.Prof. Yunkun QinLeader of thermal energy engineering of HITAcademician of Chinese Academy of Eng.Main research areas:•Clean coal technology•Air pollutant controlProf. Shaohua WuDirector of CERI-HITMain research areas:•Clean coal combustion•Co-production of energy•IGCC Prof. Shaozeng Sun Deputy-director of CERI-HIT Main research areas:•Clean coal technology •Biomass utilisation •Air pollutant controlProf. Rui Sun Main research areas:•Clean coal combustion •Waste incineration•Carbon Dioxide Removal Prof. Qunyi Zhu Main research areas:•Char combustion •Biomass Combustion•Flue gas desulphurization Prof. Zhengqi Li Main research areas:•Low NOx combustion of coal •Biomass combustion•Gas-solid multiphase flowProf. Guangbo ZhaoMain research areas:•Co-production of energy•In-furnace heat transfer•Industrial boiler Prof. Penghua Qiu Main research areas:•Clean Coal Technology •Gas-solid two-phase flow•IGCC Prof. Ruiyang Li A. Prof. Lizhe LiA. Prof. Ming Li A. Prof. Jihui Gao A. Prof. Hui LiuA. Prof. Qian Du A. Prof. Hui WangAcademic StaffThe research areas of CERI-HIT cover coal clean combustion,co-production of coal and chemicals,biomass utilities,air pollutants control and measurement,as well as gas-particle flow,etc.The study on clean coal combustion technologies is CERI-HIT’s traditional research area and CERI-HIT is one of the leading organisations in the area in China.One of these technologies,the Air Blanketing Fuel bias combustion technology,won the second prize of Chinese Technical Invention Award and the first prize of Heilongjiang Science and Technology Award in 2001,due to its excellent performances on combustion stability,slagging resistance and control of nitrogen oxides.By the end of 2007,up to 100,000MW utility boilers in China adopted this technology,including several utility boilers with the capacity more than 600MW.Besides,CERI-HIT has developed several other coal combustion technologies,such as Radial Bias swirling burner technology with central coal feeding,coal reburning technology.All these technologies are satisfactorily demonstrated and applied in a large number of the utility boilers.123456788881-Primary air pipe; 2-PC concentrator;3-Fuel rich stream nozzle; 4-Fuel lean stream nozzle;5-Inner imaginary circle; 6-Outer imaginary circle;7-Water cooled wall;8-More oxidising Zone The Principle of HBC BurnerAir Blanketing Fuel Combustion TechnologyHorizontal Bias Combustion (HBC)Burner is a PFtangentially-fired burner with the excellentperformance of NOx control,which has the ability toburn all ranks of coal,i.e.,anthracite,lean coal,bituminous coal and lignite.By using the patentedcoal concentrators,the burner can burn thepulverized coal with better combustion stability,slagging resistance,high temperature corrosionprevention and NOx emission control.A novel type of swirl burner, which can reduce theNOx emission in further extent, and does not decreasethe combustion efficiency.Energy Conversion and utilisationClean CoalCombustionTechnology Biomass combustion andconversion Air pollutants control technology Co-production of power and chemicals Integrated gasification combinedcycle Carbon dioxide removal technologyAir Blanketing Fuel Combustion Technologies have been widely used inChina.All the Chinese boiler manufacturers,including Harbin Boiler Plant,Dongfang Boiler Plant,Shanghai Boiler Plant,Beijing B&W Boiler Plant,and Wuhan Boiler Plant have adopted these technologies designed theirboilers.Coal for Reburning Main Coal Air Over Fire Air Mill SlagPrimary Combustion ZoneReburning Zone Burnout Zone Air Preheater Duct Collector Mill Coal reburning technology applied ona 600MW utility boiler using lignite asmain fuel and reburning fuelMain performances:NOx emission <325mg/m 3(@O 2=6%)Carbon content in fly ash keeps thelevel as pre-retrofit Coal Reburning TechnologyLow NOx Combustion by Multi-Dimensional Air StageA new low NOx combustion technology by multi-dimensional airstage is proposed and studied by CERI-HIT.By the combination ofHBC burner and separated over fire air,the technology will controlNOx emission by not higher than 250mg/m 3,accompanying with thecombustion efficiency level as pre-retrofit.In 2007,the demonstration of this technology has been finished inShijingshan power plant of Beijing,China,on a utility boiler with thecapacity of 200MW.IGCC and Co-Production of Prantower and ChemicalsIGCC system software platform was established using Aspen Plus software,and its system static-state characteristics,integration and optimization charachteristic were studied.The syngas coolers in IGCC was granted 1invention patent in structure and 2patents in thermal calculation method.Co-production of power and chemical products from coal is a prospective research field for energy conversion efficiency and generation of valuable oil products.CERI-HIT is now in collaboration with Institute of Process Engineering,China Academy Sciences,to develop a co-generation equipment of power ,gas and oil.By adopting a multi-stage circulating fluidized bed reactor,chemicals production and conversion of chemical energy and thermal energy will be realized in two separated fluidized beds.The research has finished the lab-scale tests by the end of 2005,and the pilot-scale tests are being undertaken.Industrial test indicates:•Boiler efficiency is 92.37%, higher than that ofretrofit, 91.61%.•NO emission is 250.84mg/m 3, much lower thanthe air pollutants emission standard of China,450mg/m3 for bituminous coal.•Saving coal consumption by 16235 ton annually.•Cutting down carbon dioxide emission by 27842ton annually.•Cutting down nitrogen oxides emission by 2436ton annually.Combined Removal of Combustion PollutantsFlue GasDesulphurization CERI-HIT is currently coordinating a national 973project,aimed at remove the pollutants simultaneously within the boiler furnace,including nitrogen oxides,sulfur dioxide and merchry.The target of this project is to discover the mechanism of controlling nitrogen oxides and sulfur dioxide under the condition of high temperature and the reduction atmosphere,moreover to develop a more reliable and efficient technology to reduce the NOx and SO 2emission by 50%.CO 2RemovalCarbon dioxide removal has been paid more and more attention over the world.The technology of controlling CO 2has become an emergent mission.CERI-HIT has decided to study the technologies suitable for Chinese energy features,to separate the CO 2from the traditional coal fired utility boilers,as well as from the IGCC units.In the following 3years,three testing facilities will be built to study the CO 2capture in terms of the Oxy-fuel combustion processes,Chemical removal,and the conversion of CO to CO 2and H 2in IGCC unit.CERI-HIT is developing a flue gas desulphurization technology by wetmethod.The technology can well reduce the initial investment and operatingcost.The key of this technology is to optimize the structure of absorber,enhance the mass transfer and simplify the system reasonably,so as toensure the overall running performance as well as the safety and reliability ofthe system.The study of flue gas desulphurization by semi-dry methodis also under research by CERI-HIT.The target of this researchis to develop a double circulating fluidized bed,which ensure thecombined removal of sulfur dioxide and dust in the flue gas,andtherefore save the initial investment and operating cost.The research is to design a two-staged circulating fluidizedbed system,including two separate fluidized beds in series,which can remove the fly ash and sulfur dioxide simultaneouslyby two-staged separation (combination of inner and outercirculation)within each fluidized bed.The sorbent of thistechnology is calcium oxide.Stateengineering laboratory of coal combustion pollutant control is a national level engineering laboratory sanctioned by National Development and Reform Commission (NDRC)in November 28th 2008.The laboratory is based on Institute of Combustion Engineering of HIT,which has 14000m2experimental area and 6500m2building area.It has various scale of experiment sets,include 8experiment sets of coal combustion,1experiment set of biomass gasification,several experiment sets for research of flow field of tangentially fired,swirl combustion,W flame combustion and fluidized bed combustion furnace,1experiment set for research of combined removal of coal-fired pollutants,several experiment sets of laser spectroscopy test equipment for pollutants on-line monitoring,and 1experiment set of coal gasification and sensible heat recovery.The researching focuses of State engineering laboratory of coal combustion pollutant control encompass low NOx combustion,low investment and cost desulfurization,high efficiency and low cost dust removal,combined removal of coal combustion pollutant,and pollutant monitoring.A series of isothermal flow testingfacilities are established to analyzethe flow patterns in the PF boilerfurnaces.With the help of particle dynamicanalyzer of Dantec,three dimensionalgas-particle flow patterns can bemeasured,which includes threedimensional velocities,particle sizeand the concentration in gas-particleflow.So far,testing facilities,covering alltypes of PF furnaces have beenestablished in the lab to evaluate theflow patterns in actual PF boilers.Multiphase Flow Isothermal FlowCold isothermal flow laboratory can makemeasurement of air flow in the model facilities,whichis helpful to discover the effects of specifiedstructural and operating parameters on the facilities’performance.Biomass GasificationA novel type of biomass gasification reactor is in use to develop a moreefficient and reliable biomass gasification technologies.The facility is an air-staged cyclone gasifier using the rice husk,woodpowder,etc.as the feed stock.In the upper section of the furnace,a partialair and rice husk is blown into the cyclone in a tangential direction,whichcan form gas-particle vortex and make the fuel and air mixed fully.In themiddle section of the furnace,the rest air is injected and a high temperaturezone is formed,which can make the producer gas flow through the hightemperature zone and decompose the tar more fully.Main performance parameters as follows:•Feed rate (kg/h)25•equivalence ratio 0.2~0.3•upper air fraction 0.8•down air fraction 0.2•max furnace temperature (℃)11000.5MW Pulverized Coal Combustion SystemSome comparative study of combustion characteristics can bedeveloped at this system with different pulverized coal burner,especially,it can reseach the coal combustion mechanism of the Center-feedingCyclone Burners.Moreover,experiments of pure oxygen combustioncharacteristics and the Effect of Over-Fire Air on flow and combustion infurnaces can be made at this system.Supercritical Cold Model Test SetupEntrained Flow combuster with Multiple ReactionSegment（EFCM）The EFCM is established to simulate the actual combustion process alongthe vertical direction of the boiler,to study the ways of reducing NOxemission with the technology of air staged combustion and fuel stagedcombustion.Furthermore,it can research extremely low NOx emission ofcombined staged coal-fired boiler.It’s also suitable for solving optimizationproblems of primary combustion zone,reburning zone and burnout zone.The cold model test setup was built for simulating the in furnace aerodynamic field,when adoped a new combustion method—on-wall arrangement and cornertangential firing combustion method.It can research the characteristics of themultiphase flow to the jets with a PDA measurement system.Two-staged Drop Tube ReactorTwo kinds experiments can be carried out on this two staged dropflow reactor: one is on the catalyses for NOx reduction in theadvanced reburning of NaOH, KOH, FeCl3 and Ca(OH)2, and theother is on the catalysis for the combining reduction in the advancedreburning of calcium carbide residue (CCR).Main Parameters：Mass Flow of Fuel（g/min）：1-2 Max. Temperature(℃) ：1300ID of Reaction Tube（mm）：50Construction Date：Mar. 2008Main Parameters：Mass Flow of Fuel（kg/h）：0.8-4 Max. Temperature(℃) ：1600Air Flow（Nm3/h）：3-18 ID of Firebox（m）：0.715Entrained Flow ReactorThe entrained flow reactor is established to simulate the actual flue gas atmosphere in PF boilers.By using a micro PF feeder,fuel is entrained into the reactor and take the reaction under a certain reaction condition.Coal feeding rateg/h 1-5Residence timems 10–650Coal heating rateK/s 105-106Operating pressureMPa 0.1I.D. of reactormm 76Length of reactorm 1.0Peak temperature ℃1600Gas Reburning ReactorCoal Reburning ReactorCoal reburning reactor is used to study coal reburning process,so asto determine the effects of various ranks of coal and various reaction conditions on NOx removal.The facility first produce a simulated flue gas from the pre-heating combustor by the combustion of premixed propane,ammonia,air,nitrogen oxides and carbon dioxide,then the coal will be injected into the main reactor,whichwill react with the simulated flue gas and reduce the NOx.I.D.of reactor:100mm;height of reactor:3100mm;designed residence time:0.8sLength of reactor: 1500 mmI. D. of reactor: 50 mmPeak temperature:1200－1400 ℃Flow velocity in reactor: around 1 m/sGas flow: 16 L/minLength of preheater: around 1000 mmResidence time: 0.4~0.5 sPeak temperature of preheater: 800 ℃~1000 ℃The application of gas reburning reactor is to study thechemical mechanism of gas reburning process,including reduction of NOx with coal gas,biomass andother agent,so as to study the reaction of NOxreduction.TGA and FTIR GC and MS Mercury Analyzer PDA probe Portable FTIRStudents study at research laboratary, the pretty and neatly environment is comfortable for study. There are 8 research laboratarys in CERI-HIT, each has its special characteristics and culture.Rechearch environment of CERI-HIT516 517519 521523 531534532Contact usAddress: Floor 5, Dongli Building, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang Province, P. R. China Post Code: 150001Tel: +86 451 8641 3776 Fax: +86 451 8641 2528Web Site: /Combustion Engineering Research Institute School of Energy Science and EngineeringHarbin Institute of Technology。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 洁净煤技术及领域
(1) 洁净煤技术的提出
“洁净煤(Clean Coal)”一词是20世纪80年代初期，美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁〃刘易斯(Drew Lewis,美国)和威廉姆〃戴维斯（William Davis,加拿大）提出的。
洁净煤技术是煤炭开发和利用中减少污染和提高效率的煤炭加工、转化、燃烧和污染控制等新技术的总称。
当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之一，也是高技术国际竞争的一个重要领域。
美国率先提出洁净煤技术，1986年推出“洁净煤技术示范计划”。
经过5轮竞争和优选，当时确定39个项目，主要涉及4个领域：
※环境控制技术(NOx、SO2排放控制系统)
※先进燃煤发电技术(IGCC、CFBC和先进的燃烧技术与热机系统)
IGCC—Integrated Gasifacation Combined Cycle
CFBC—Circulating Fluidized Bed Combustion
※煤炭加工成洁净能源技术(洗选、温和气化、甲醇生产新工艺，预测电厂新煤种操作特性的软件系统)
※工业应用技术(用煤代替焦炭、用低硫煤生产水泥以及将燃油或燃气改成烧煤用于工业燃烧器)。
随后共确定45个项目，投资71亿美元。
欧共体国家紧跟着推出未来能源计划，研究开发的洁净煤技术有：
※整体煤气化联合循环发电(IGCC)
※煤和生物质及废弃物联合气化(或燃烧)
※循环流化床燃烧(CFBC)
※固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。
日本积极实行“新阳光计划”，洁净煤技术开发项目有以下几方面：
※提高燃烧效率，降低CO2排放量，主要是循环流化床燃烧发电技术(CFBC、PFBC) PFBC—Pressurized Fluidized Bed Combustion
※燃烧前后的净化，主要是水煤浆、型煤、脱硫、脱氮和除尘技术
※煤炭转化，包括煤炭液化、气化和煤热解等
※IGCC
※21世纪洁净煤技术，包括高效低污染燃烧技术、煤炭深度加工技术、煤气化燃料电池联合循环发电技术等
(2) 中国洁净煤技术领域
1997年的《中国洁净煤技术技术“九五”计划和2010年发展纲要》中指出，洁净煤技术主要包括煤炭洗选、加工、转化、先进燃烧技术、烟气净化等方面的14项技术。
包括以下几个内容：
※煤炭加工技术。
选煤、型煤、水煤浆
※煤炭高效燃烧及先进发电技术。
循环流化床CFBC、增压流化床联合循环发电PFBC-CC、整体煤气化联合循环发电IGCC(示范)
※煤炭转化技术。
煤炭气化、煤炭液化、燃料电池
※污染控制与资源化利用。
烟气净化(脱硫与除尘)、煤层气、粉煤灰利用、煤矸石及矿井水资源化处理、中小工业锅炉改造
随着洁净煤技术在国内外的发展，几次专家研讨会认为应该在煤炭高效燃烧和发电技术中增加常规超临界与超超临界发电技术、低NOx燃烧技术，在煤炭转化技术中增加多联产技术。
因此，现阶段中国洁净煤技术含4个领域、18项技术。
如表1所示。
表1 中国洁净煤技术领域(重要内容)
重要概念：
中国洁净煤技术是指在煤炭开发和利用中旨在减少污染和提高效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
其核心是提高效率和减少污染，从而使煤炭成为洁净、高效、可靠的能源。
中国洁净煤技术以煤炭洗选为源头、以煤炭气化为先导、以煤炭高效、洁净燃烧与发电为核心、以煤炭转化和污染控制为重要内容的技术体系。
2 动力配煤技术
事实：任何类型的锅炉和窑炉对煤质均有一定的要求，在现有条件下，要提高锅炉热效率，保证锅炉正常高效运行，就要使燃煤特性与锅炉设计参数匹配，煤质过高或过低都难以达到最佳效果。
动力配煤技术是以煤化学、煤的燃烧动力学和煤质测试等学科和技术为基础，将不同类别、不同质量的单种煤通过筛选、破碎，按不同比例混合和配入添加剂等过程，提供可满足
不同燃煤设备要求的煤炭产品的一种成本较低、易工业化实施的技术。
目的：通过动力配煤，可充分发挥单种煤的煤质优点，克服单种煤的煤质缺点，生产出与单种动力用煤的化学组成、物理性质和燃烧特性完全不同的“新煤种”，达到提高效率、节约煤炭和减少污染物排放的目的。
动力配煤技术的作用和意义：
※ 在满足燃煤设备对煤质要求的前提下，采用动力配煤技术可最大限度利用低值煤或
充分利用当地的煤炭资源；
※ 保证燃煤特性与用煤设备设计参数相匹配，提高设备热效率，节约煤炭；
※ 通过“均质化”来保证燃煤质量的稳定，保证用煤设备正常、高效运行；
※ 按不同地区对大气环境、水质要求，将不同品质的煤相互配合，可以调节煤中硫分
及氮、氯、砷、氟等有害元素含量，减少SO 2、NOx 及有害元素的排放，最大限度
地满足环境保护要求。
3 型煤技术 定义：型煤是用一种或数种煤粉与一定比例的粘结剂或固硫剂在一定压力下加工形成的，具有一定形状和一定物理化学性能的煤炭产品。
工业层燃锅炉和工业窑炉燃用型煤和燃用原煤相比，能显著提高热效率，减少燃煤污染物排放。
分类：如表2所示
表2 中国型煤分类
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎭⎬⎫⎩⎨⎧烧烤煤球手炉、被炉取暖煤球
火锅煤球民用炊事、取暖煤球煤球烧烤方形碳航空型煤普通蜂窝煤上点火蜂窝煤蜂窝煤民用型煤炼焦配用型煤供冶炼和铸造用热压冷压型焦用型煤工业窑炉用型煤包括化肥造气煤气发生炉用型煤蒸汽机车用型煤工业锅炉用型煤工业型煤型煤分类)(
动力型煤
动力型煤是作为燃料用的型煤(包括工业动力型煤和民用型煤)，主要是指工业动力型煤。
工业动力型煤主要用作工业锅炉、工业窑炉、机车等的燃料。
在燃料中加入一定的生物质混合后生产的为生物质型煤。
目前工业用动力型煤产量小，每年仅有500万吨左右。
案例
工业型煤在链条锅炉上燃用时，往往出现着火推迟、燃烧延缓、燃不透、常有断火等现象。
分析
(链条炉排锅炉对燃煤粒度的要求：为保证块煤在炉排上得以充分燃尽，燃煤中最大块不宜超过30～40mm，0～3mm粉煤不多于30%，0～6mm碎屑不多于55%～65%。
)上述主要原因是燃用的型煤是通用型煤，不属于工业锅炉专用型煤，不能满足链条炉排锅炉用煤的粒度要求。
※粒度过大，尺寸大的48mm×40mm×30mm，单粒重50g，小的40mm×32mm×22mm，单粒重25g，远比层燃用煤所需粒度(25～30mm)大；
※颗粒光整，粒度过于均一，而最适用层燃的12～25mm粒度则没有。
不满足层燃用煤必要的粒级配比要求；
※型煤强度太高，过于致密，型煤强度过高，以致影响燃烧。
生物质型煤及其燃烧特性
生物质工业型煤是由按重量计70%～85%的煤和15%～30%生物质燃料经高压成型的工业用型煤。
具有如下燃烧特点：
※易着火，烧得快，生物质燃料的着火温度为200～300℃，从而加快煤的点燃过程；
※减少烟尘和SO2排放，生物质型煤在燃烧时产生的黑烟只是燃原煤的1/15,在生物质型煤中加入消石灰固硫，能减少50%的SO2排放；
※燃烧充分，灰渣含碳量低。
中国工程院一项研究结果表明：锅炉燃烧固硫型煤，具有较好的节能减排效果，节能率达6.25%，可减排SO235.1%(原煤S=1.0%)。
在型煤成型前加入一定量的助燃剂，可降低型煤的着火点和燃尽时间，有利于氧气和燃烧产物的相互扩散，使型煤燃烧完全，灰渣含碳量降低，有助于在层燃炉中燃用劣质煤。
4 水煤浆
水煤浆是20世纪79年代发展起来的一种新型煤基流体洁净燃料，有着代油、节能、环保、综合利用等多种效益，受到世界各国工业界的高度重视。
水煤浆的燃烧过程：
※水煤浆雾化、预热，水分开始蒸发；
※迅速加热升温，水分完全蒸发，煤浆颗粒结团；
※水煤浆中的挥发分热解并开始着火，形成火焰；
※水煤浆的煤颗粒内水分和附着水分发生水爆破现象，并伴有水煤气发生反应，进入强烈燃烧阶段；
※燃尽阶段。
水煤浆的燃烧特点：
※水煤浆以喷雾方式进入燃烧区，入口速度很高，一般达到200-300m/s，而燃烧煤粉时则由一次风带入炉膛，风速仅为20-30m/s；
※水煤浆中含有30%-35%的水分，一方面，使水煤浆在燃烧时要损失部分热值（约3%-4%）；另一方面，使水煤浆着火所需的热量增加，存在着火滞后的现象，水煤浆
在着火方面比煤粉要困难，因此，必须采取比煤粉燃烧更有效的、稳定着火的技术。
水煤浆的雾化质量和燃烧器的合理配风调整是保证水煤浆着火和稳定燃烧，以及达
到不低于常规煤粉锅炉燃烧效率的关键技术；
※在水煤浆的水分迅速蒸发后，其燃烧特性要优于煤粉颗粒的燃烧，这是因为水煤浆雾滴在经干燥和析出挥发分后，所形成的碳粒比煤粉颗粒具有更大的比表面积和微
孔容积，从而更有利于提高煤粒燃烧的化学反应速度和碳粒的燃尽。
水煤浆脱硫化学反应过程如下：
（1）水煤浆制备初期阶段生成硫化钙的反应
CaCO3+S→CaS+CO+O2
（2）随着水煤浆的燃烧，石灰石发生热分解，同时，煤中的硫发生氧化反应
CaCO3→CaO+CO2
S+O2→SO2
（3）脱硫反应
SO 2 +CaO +2
1O 2 CaSO 4 生成的CaSO 4通过除尘器和锅炉底渣排出。