水煤浆气化细灰碳灰分布特性及其分离试验研究

Alexandria2020

水煤浆气化细灰碳灰分布特性及其分离试验研究

摘  要
以三峰级配技术制备的高浓度水煤浆气流床气化细灰为原料，进行碳灰分布特性及其分离试验研究，通过SEM-EDS(扫描电镜-能谱)、XRF(X 射线荧光光谱)、XRD(X 射线衍射)和 BET(表面 及孔隙度分析)对细灰的物化性能进行分析，采用煤中碳和氢的测定方法对不同粒度细灰的碳含量进行测试并对结果进行分析，得出气化细灰基本特征、碳-灰分布规律，使用实验室常规浮选试验方法探索气化细灰的碳灰分离方式。结果表明，在常规浮选条件下，灰分为47.98%的细灰，可获得产率为14.95%灰分为45.53%的精矿产品，常规浮选效果较差，主要原因为:原煤经过气化后，大部分的有 机质转变成气体产物，一些不具可燃性的矿物质在细灰中得到熔融、富集和转化，捕收剂为容易与矿 物表面接触的常规药剂，在相互作用时仅产生物理吸附作用，细灰表面的矿物颗粒会与捕收剂紧密贴 合，导致矿物表面亲水性增强，捕收效果变差，且细灰孔隙结构发达，比表面积、孔容积均较大，会吸入大量水分和浮选药剂，不仅使颗粒表面亲水不易上浮，同时消耗大量药剂;细灰的碳-灰分布特性表现为灰含量随其颗粒尺寸的减小逐渐升高，可通过粒度分级的方法对中煤榆林细灰进行碳灰分离，当分级尺寸在0.1 mm时，可获得碳含量为79.78%，产率为54.20%的高碳细灰产品。

引  言

煤化工对缓解我国石油和天然气对外依存度，保障国家能源安全具有重要意义，煤气化是实现煤炭清洁高效转化的核心，在此过程中会产生大量的气化细灰。气化细灰有一定的热值，具有持水性强、残碳量高等问题，难以处理和直接利用。目前，气化细灰的主要处理方式为露天堆放，对资源造成 了一定的浪费，更成为制约煤化工产业发展的难题。

1  试   验

选取中煤陕西榆林能源化工有限公司( 简称中 煤榆林) 的气化细灰为研究对象，进行试验研究。中煤榆林采用水煤浆 GE气化工艺，利用煤制备烯 烃产品，气化细灰产量为140 m3/h。
1.1  样品性质分析
1.2  气化细灰碳含量测定
1.3  气化细灰浮选试验
1.4  气化细灰的扫描电镜与能谱(SEM-EDS)分析
1.5  气化细灰的矿物组成分析
1.6  气化细灰的氮吸附等温曲线与孔结构分析
1.7  气化细灰无机化学成分测定

2  结果与讨论

2.1  气化细灰浮选碳富集试验研究
浮选药剂首先采用1号捕收剂以及1号起泡剂，其浮选条件:矿浆浓度为 80g/L，浮选机搅拌转 速为1 800r/min，充气量为 0.2m3/h，浮选时间为4min。结果见表3。

2.2  气化细灰的表观形貌与微区组成
2.3  气化细灰的化学成分分析和矿物组成
2.4  气化细灰的氮吸附等温曲线与孔结构分析
2.5  气化细灰碳分布规律

3  结   论

1)中煤榆林细灰经过工业分析、元素分析和粒度分析结果显示，细灰灰分、固定碳含量较高，挥发分含量较低，具有一定的热值;经过高温气化后，原煤中的烷基侧链和表面官能团基本完全反应;气化灰样品的主导粒级小于0.045 mm，产率为 37.52%，灰分为 78.17%，为高灰细泥。

2)探索通过浮选回收细灰中的碳组分，使用常规浮选方案，改变浮选药剂的种类及使用量发现，细灰的浮选脱灰效果均不理想，即使在药剂用量较大的情况下，精矿产率不高且精、尾矿灰分数据接近，浮选完善指标很较低。使用1号捕收剂时，随着捕收剂用量由1 kg/t增至8kg/t，浮选精煤产率由3.24%增至10.67%，精煤灰分从43.63%升高至46.89%后又降低至45.1%，使用2号捕收剂时，随着 捕收剂用量由2 kg / t 增至16 kg / t，浮选精煤产率由5.06%增至14.95%，精煤灰分从48.32%降低至45.53%。

3)气化细灰中不仅存在不同形貌的无机颗粒，同时还含有较多独立的碳颗粒，颗粒相互夹杂，以普通浮选的手段难以有效分离，原煤中有机质气化后 一些不具可燃性的矿物质在细灰中得到熔融富集，形成的化合物或混合物具有加深细泥罩盖程度的作用。捕收剂为非极性烃类油时，容易与矿物表面接 触时仅产生物理吸附作用，导致捕收效果变差。

4)细灰比表面积为265.930m2/ g，孔隙容积为0.276 cm3 / g，孔隙大小5.08 nm，是由片状粒子堆积形成的狭缝孔和层状结构的孔组成;其孔隙结构发达，比表面积、孔容积均较大，对于细灰的浮选有很大的阻碍作用，发达的孔隙结构会吸入大量水分和浮选药剂，不仅使得煤粒表面亲水而不易上浮，同时 消耗大量药剂，导致浮选效果差。

5)细灰碳-灰分布规律显示，粒度从 1.000 mm逐渐降低至0.045 mm的过程中，颗粒产率呈现先增大后降低，随着细灰粒度的减小，细灰颗粒中的碳含量先缓慢降低后迅速降低，为0.100 ~ 0.150 mm，细灰中碳含量降低速度最快，从气化细灰的碳-灰分布规律可以得出，可以使用物理分级的方法对榆林细灰中的碳进行初步碳分离。

内容来源：《煤炭科学技术》