第2期(總第141期)o2(Total No 141)2009年4月Coal Chemical IndustryApr.2009煤灰對氣化反應(yīng)性的影響谷小虎1曹敏2王蘭甫2田亞鵬(1河南理工大學(xué)焦作454000;2.義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司,義馬472300)摘要討論了煤灰在氣化過程中對氣化反應(yīng)性的影響,主要為:在低溫下,某些礦物組分對氣化過程有催化作用,但在高溫下,礦物發(fā)生變化,會生成無催化活性的組分;當(dāng)氣化溫度接近或超過煤灰熔融性溫度時,煤灰發(fā)生熔融甚至團(tuán)聚,導(dǎo)致反應(yīng)比表面積降低,催化礦物分散性變差,影響氣化反應(yīng)性。關(guān)鍵詞煤灰氣化反應(yīng)性催化作用煤灰熔融特性文章編號:10059598(2009)01-001903中圖分類號:TQ54文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AK+cO2Na+CO2→Na2O+C0Na+C→2NatC0過渡金屬同樣也具有催化作用,如鐵系氧化物,煤氣化反應(yīng)性是影響煤氣化過程的關(guān)鍵因素,經(jīng)過研究認(rèn)為鐵的催化反應(yīng)存在下列過程反應(yīng)性的強(qiáng)弱直接影響煤在氣化爐內(nèi)反應(yīng)的快慢、FeO+COQ2→Fe20=1+C0FenO+C→Fe0+C0(3)完成程度、耗氧量、耗煤量以及煤氣中有效成分的含鈣系化合物在氣化過程中的催化機(jī)理,學(xué)者們量山。我國普遍采用煤或煤焦與CQ2反應(yīng)后的CO2還認(rèn)為CaCO3會與煤表面的羧基發(fā)生離子交換,形成原率作為反應(yīng)性的評價指標(biāo)。通常以氧化物的形式來(C00)Ca,這種結(jié)構(gòu)會提高反應(yīng)速率。反應(yīng)機(jī)理表示煤灰的組成,通過化學(xué)分析可知,煤灰由SiQ2、如下:A1A3、Ca0、Mg0、Na20K0、Ti02和S03等組分構(gòu)成2。本Ca2+2(000)→(-C0)2Ca+2H(4)文主要討論煤灰對氣化反應(yīng)性的影響。氧化鈣的催化過程如下5ca0+CO2→Capn1+C0cao1+C→Ca0C0(5)煤灰某些組分的催化作用張秀梅等在對幾種金屬氧化物的催化作用進(jìn)行比較后認(rèn)為,CrO3擁有良好的催化性能。其催化機(jī)煤中的灰分在氣化過程中具有催化作用,會降低理如下:氣化反應(yīng)的活化能。D.P.Ye等(研究南澳大利亞低Cr3+CO2→Cr20+C0cr04+C→CrO+C0(6)煤階煤時發(fā)現(xiàn),其反應(yīng)性遠(yuǎn)比其他煤種強(qiáng),但經(jīng)過酸不同氣化技術(shù)的操作溫度也不盡相同,如流化床洗除灰后,其反應(yīng)性之間的差異已變得很小,他認(rèn)為采用800℃-1100℃,氣流床采用1300℃-1700℃這是由煤中含有的固有礦物質(zhì)所造成的。日本學(xué)者而煤灰中的礦物質(zhì)在高溫下的變化較為復(fù)雜,除了礦T. Takarada等認(rèn)為煤焦的反應(yīng)性與其富含的無機(jī)物質(zhì)的熔融外,礦物質(zhì)組分之間還會形成低溫共熔物含量有關(guān)。煤中起催化作用的主要是堿金屬和堿土體,生成新的物質(zhì),這些變化對于催化反應(yīng)有著重要金屬,一般認(rèn)為K的效果最好,其次為Na。其催化機(jī)影響理如下式溫度超過850℃時,會發(fā)生如下反應(yīng)10FeS+2S2+2l02→2Fe2O3+2Fe04+14s02基金項(xiàng)目:義馬煤業(yè)集團(tuán)股份有限公司2008年重點(diǎn)科研項(xiàng)目(No.2008018)。中國煤化工作用,但同時堿性收稿日期:200901-1催化CNMH(化物發(fā)生共熔生作者簡介:谷小虎(1984)男,2007年畢業(yè)于河南理工成新的復(fù)雜硅酸鹽復(fù)合物,如Na0·A1O3·2SiQ2),則大學(xué),在讀碩士研究生,從事煤氣化方向的研究。會大大降低催化作用。Ca0、Fe0在溫度超過1300℃煤化工2009年第2期時,會與其他物質(zhì)反應(yīng)生成鈣長石、鈣黃長石,鐵尖晶石、鐵橄欖石、鐵輝石等,這進(jìn)一步降低了催化作用。3結(jié)此外,煤灰中的硫是對氣化反應(yīng)最為有害的元素即31在低溫下,煤灰中的堿金屬、堿土金屬,過渡金使氣相中含有1200的BS,也會對催化作用產(chǎn)生屬的氧化物及鈣系化合物對氣化反應(yīng)性有一定的催抑制?；饔?但是硫分的存在不利于氣化過程的進(jìn)行。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度后,氣化反應(yīng)過程逐步以32隨著反應(yīng)溫度接近或者超過煤灰熔融性溫度,擴(kuò)散反應(yīng)控制為主,催化作用不明顯,并且煤灰的煤焦表面會被熔融的灰覆盞,這將降低反應(yīng)比表面存在增加了灰層阻力,影響擴(kuò)散,降低了氣化反應(yīng)積,增加氣體擴(kuò)散阻力;煤灰中具有催化作用的礦物會與其他礦物發(fā)生反應(yīng),生成無催化活性的組分;煤灰發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,催化礦物會被其他成分包裹或者遷2煤灰熔融特性的影響移團(tuán)聚成球,致使催化物種的分散性變差,催化作用減弱?，F(xiàn)代氣化技術(shù)的一個顯著特點(diǎn)是高操作溫度3.3針對不同的氣化技術(shù),應(yīng)找出催化效果明顯的甚至有的達(dá)到或超過煤灰熔融性溫度。在這樣的溫溫度最優(yōu)點(diǎn)。研究煤灰熔融特性,分析煤灰礦物在氣度條件下,原料煤中的灰分發(fā)生熔融,附著在煤焦化溫度條件下的組分及其熱行為降低不利因素的負(fù)孔隙表面,減小煤焦的反應(yīng)表面積,增加熱質(zhì)傳遞面影響。阻力,進(jìn)而降低反應(yīng)性。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),在1400℃1600℃的超高溫范圍內(nèi),石英、高嶺土與煤焦開始參考文獻(xiàn):發(fā)生反應(yīng)[1]張雙全,吳國光.煤化學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出朱子彬等在灰分的熔融性溫度900℃-1500℃版社,2004.136-138.范圍內(nèi),研究了4種煤焦與CO2的氣化反應(yīng),發(fā)現(xiàn)活[2]王泉清,曾蒲君.煤灰熔融性的研究現(xiàn)狀與分析[J]化能隨氣化過程而變化,高溫下的煤焦氣化存在煤炭轉(zhuǎn)化,1997,20(2):32個特性溫度,特性溫度與煤灰熔融性質(zhì)有關(guān)。[3]Ye D P, Agnew J B, Zhang D K. Gasification of a王志光等對平頂山高灰熔融性溫度煤研究時South australian low-rank Coal with Carbon Diox-采用物理脫灰對比法,發(fā)現(xiàn)脫灰煤焦由于浮沉脫去ide and Steam: Kinetics and Reactivity Studies部分外在礦物質(zhì)后,其灰熔融性溫度有所提高,但煤[J].Fuel,1998,77(11):12091209中仍殘留一定數(shù)量的內(nèi)在礦物質(zhì),對其氣化反應(yīng)性有[4] Takarada T, Tamai Y, Tomita A. Reactivities of足夠的催化作用,高溫下脫灰煤焦氣化反應(yīng)性比原煤34 Coals under Steam Gasification [ Fuel, 1985焦高。吳詩勇等叫在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),若氣化溫度超過煤64(10):1438-1442.灰熔融性溫度,酸洗脫灰煤焦的反應(yīng)性要優(yōu)于原煤[5]謝克昌.煤的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性[駟].北京:科學(xué)出版杜,焦。添加的助熔劑如Ca0、Fe03,在低溫條件下,會對2002.290-359氣化反應(yīng)產(chǎn)生催化作用:但在高溫條件下,催化作用61張秀梅陳冠益,孟祥梅,等催化熱解生物質(zhì)制取富氫氣不明顯,其原因之一是煤灰在高溫條件下發(fā)生了團(tuán)聚體的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2004,32(4):446-450現(xiàn)象,助熔劑由較為分散的狀態(tài)團(tuán)聚成球,降低了[7]白進(jìn)李文,李保慶高溫下弱還原氣氛下煤中礦分散性,或者被其他組分團(tuán)聚包圍。唐黎華等對物質(zhì)變化的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2006,34(3)煤焦添加5%Ca0,在1400℃-1500℃高溫條件下,進(jìn)8李寶霞,張濟(jì)宇.煤灰渣熔融特性的研究進(jìn)展[J]現(xiàn)行了SEM(掃描電鏡)研究,發(fā)現(xiàn)煤灰有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)代化工,2005,25(5):22-28象。唐黎華等邇過研究表明,當(dāng)溫度接近或超過煤[9]范小雷,周志杰,王輔臣,等.熱解條件對煤焦氣化活性灰熔融性溫度時,礦物質(zhì)出現(xiàn)了明顯的遷移傾向,從影響的研究進(jìn)展[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2005,28(3)隨機(jī)分布到團(tuán)聚成球,并且溫度越高,礦物質(zhì)分布狀態(tài)改變越大。中國煤化工解溫度與煤焦結(jié)構(gòu)2004,27(1):26-氣化溫度達(dá)到或者超過煤灰熔融性溫度時,煤灰HCNMH礦物質(zhì)的熱行為不利于氣化過程的進(jìn)行,氣化反應(yīng)性tions of Quartz and Kaolinite with Coal Char[J]也隨之降低。Energy and Fuels, 2000, 14: 1 108-1 114.2009年4月谷小虎等:煤灰對氣化反應(yīng)性的影響[12]朱子彬,馬智華,林石英,等.高溫下煤焦氣化反應(yīng)焦反應(yīng)活性的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2006,29(4):41-45特性:I灰分熔融對煤焦氣化反應(yīng)的影響[J].化工[15]唐黎華,張娜,王福明.助熔劑對煤焦高溫氣化反學(xué)報,1994,45(2):147-153應(yīng)性的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報,2003,31(3):209214[13]王志光楊旭,饒志雄,等.平頂山高灰熔融性溫度煤[16]唐黎華,王福明,朱學(xué)棟,等.煤焦中礦物質(zhì)行為與灰的氣化反應(yīng)性研究[J].煤化工,2007,35(6):46-50.熔融溫度的關(guān)系[J.華東理工大學(xué)學(xué)報,2003,29[14]吳詩勇,顧菁,李莉,等.高溫下灰熔融對神府煤(3):243-247Effect of Ash on Gasification Reactivityu Xiaohu, Cao Min", Wang Lanpu2 and Tian Yapeng(1. Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000; 2. Yima Coal Industry Group, Yima 472300)Abstract This paper discussed the impact of coal ash on the gasification reactivity. At low temperature,someneral components have catalytic activity. However, new mineral components form with temperature rising and they have nocatalytic activity. While the operating temperature reaches or exceeds the ash fusion temperature, coal ash comes to amolten or even to agglomerating state. In this way, the reaction specific area declines and the dispersiveness of catalyticminerals turns down and therefore leads to a bad gasification reactivityKey words coal ash, gasification reactivity, catalytic action, ash fusibility上第18頁)Study on Coke Breeze as the substitution of Lean Coal for BlendingWang Dali, Liu Ping and Liu Kaiming(Taiyuan Coal Gasification(Group) Co., Ltd, Taiyuan 030024)Abstract Coke breeze for coal blending was analyzed by means of microspectrophotometer in this paper. The influence of added amount of coke breeze to the maximum reflectivity of vitrinite and maceral composition of the blended coalas well as specifications of product coke as the output of the pilot coke oven were mainly studied in the paper. It comesout that the optimum blending ratio of coke breeze shall be 1.0%-1.7%, and the optimum range of particle size shall be3mm with 98%-100% coke breeze,