鹤壁烟煤地下气化模型试验研究

通过自行研制的煤炭地下气化模拟试验系统,采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺,完成了鹤壁煤的地下气化模型试验。文章就试验不同阶段的煤气组成、热值变化和气化过程的稳定性特征进行分析,结果如下:鹤壁煤地下气化水煤气平均热值达11.85 MJ/m3,空气煤气热值为4—6 MJ/m3,水煤气中氢气最高体积分数超过80%,相应的煤气热值达到12.91 MJ/m3;适当增大鼓风量有利于高温温度场的快速建立与恢复,试验条件下,最佳鼓风量为20 m3/h,最佳蒸汽流量为0.26 m3/h。试验为煤炭地下气化制氢提供了有力依据。

煤炭地下气化模拟残焦中污染物的浸出

以水蒸气为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置模拟煤炭地下气化过程。用不同温度的地下水浸泡收集到的气化半焦,对浸泡液中的有机和无机污染物进行分析。以研究粒度为5—10 mm的大颗粒褐煤、烟煤和无烟煤气化残焦在地下水中的溶出情况。结果表明:随着浸泡温度的升高,气化残焦浸泡液中TOC和酚类化合物均减小。随着浸泡时间的延长,浸泡液中氨氮和酚类化合物质量浓度均先增加后基本不变;TOC和大部分微量元素则随浸泡时间的延长不断增大。TOC和氨氮质量浓度与煤种的关系为褐煤>烟煤>无烟煤。

烟煤地下气化半焦对模拟废水中苯酚的脱除

以鹤壁烟煤地下气化半焦为脱除剂,对苯酚模拟废水进行脱除实验研究。采用扫描电镜、低温氮气物理脱除仪和红外光谱仪对半焦的表面特性、孔结构和表面官能团进行表征,进一步考察了半焦投加量、震荡时间、实验温度对模拟废水苯酚脱除的影响。实验结果表明：气化半焦具有微孔（小于2nm）和层状结构,微孔孔径主要分布在1~5nm之间,表面有较丰富的含氧官能团;在模拟废水苯酚浓度为100mg/L、水焦比为10∶1、震荡时间为2h、脱除温度为40℃时,半焦对苯酚的脱除率和吸附容量分别为65%和0.66mg/g,气化半焦的孔结构特性和表面含氧官能团对苯酚脱除有积极作用;半焦对模拟废水中苯酚的吸附为多分子层物理吸附,其Freundlich吸附等温式为Q=0.0546C0.6286。

煤炭地下气化废水中苯酚高效降解菌的筛选

以苯酚为唯一碳源,在40℃条件下以焦化厂活性淤泥和城市污水处理厂活性淤泥为菌源进行高效菌株培养驯化,得到两株苯酚高效降解菌WX和JC,经生理生化鉴定及16Sr DNA测序确定WX为无色杆菌Achromobacter xylosoxidans NBRC 15126（T）,JC为绿脓假单胞菌Pseudomonas aeruginosa LMG 1242T。经考察,溶液苯酚质量浓度不超过1 500 mg/L时两种菌96 h苯酚降解率均达到90%以上,苯酚质量浓度为2000 mg/L时JC及WX在96 h的降解率分别为43.17%、17.37%;两种菌最适生长条件：温度30-40℃、pH值范围6-8、摇床转速120 r/min、投菌量7%-16%;煤炭地下气化模拟废水经两种菌处理96 h后,废水中苯酚等酚类化合物含量均降为0。

褐煤气化半焦对地下水有机污染的模拟脱除

通过自制的煤炭地下气化模拟系统,采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺,完成内蒙褐煤的地下气化模拟实验。利用傅里叶红外光谱、低温氮气物理吸附仪和扫描电镜对气化残留半焦的表面官能团、孔结构及表面形貌进行表征,进而考察了半焦对苯酚模拟废水中苯酚及煤气洗涤水中总有机碳（TOC）的脱除效果。实验结果表明：半焦孔径主要分布在1-4nm之间,表面有较丰富的含氧官能团及较多的孔洞和裂隙,其孔结构、含氧官能团及孔洞裂隙均有利于污染物在半焦内的迁移和吸附;气化半焦对苯酚的吸附符合Langmuir等温吸附模型,为单分子层吸附;实验条件下最大吸附率为97.95%,吸附量为2.44mg/g;气化半焦对煤气洗涤水中TOC的脱除随吸附时间的变化具有阶段性,脱除率可达88.1%。

山核桃壳活性炭对煤气洗涤水的吸附净化

以山核桃壳为原料,经磷酸浸渍、炭化和活化后制得活性炭,用SEM和低温氮气吸附仪对活性炭进行表征,并用该活性炭对模拟气化试验产生的煤气洗涤水进行吸附净化,考察活性炭对煤气洗涤水中挥发酚、TOC、COD、氨氮和微量元素的净化效果。实验结果表明:用山核桃壳制备的活性炭具有介孔结构,其孔径主要分布在1~6nm范围内,比表面积达2959m^2/g,孔容积为2.223cm^3/g;该活性炭对挥发酚具有良好的吸附效果,经45h处理对挥发酚的去除率可达99.75%,TOC和COD的去除率分别到达88.33%和65.73%;对氨氮和微量元素也有很好的净化效果,经15h吸附后氨氮的去除率可达80.71%,微量元素的去除率均达99%以上。

不同气化条件和煤种对颗粒煤气化的残焦影响

采用自制的煤炭气化装置进行气化,研究粒度为5—10 mm的大颗粒褐煤、烟煤和无烟煤在不同气化条件下气化所得残焦的微观结构和官能团特性。结果表明:适当升高气化温度,残焦的氮吸附量和比表面积值均增大,孔容和微孔率则先增大后减小。H_2O(g)为气化剂的残焦的氮吸附量、比表面积、总孔容和微孔率均大于CO_2气化残焦的。残焦的氮吸附量、比表面积、总孔容和微孔孔容的变化均随着煤种的煤化程度降低而升高。

通过优化生产工艺提升延迟焦化石油焦品质

某石化公司1.20 Mt/a的延迟焦化装置自投产以来,生产的石油焦品质偏低,仅能达到3A级、3B级及以下等级技术要求,缺乏市场竞争力。分析发现,反应温度、原料性质、老塔冷焦过程中大吹汽量等因素对石油焦产品质量影响较大,结合生产实践,提出了相应的技术措施。实验结果表明,将焦炭塔入口温度提高至487℃,焦炭塔操作压力降至0.15 MPa,“三泥”掺炼量下调至每个生焦周期10 t,焦炭塔大吹汽量增加至14~15 t/h,2A级、2B级石油焦产量提升了60%,3A级与3B级石油焦产量下降了19%,消除了不符合行业质量标准的石油焦,顺利实现了石油焦产品的整体质量升级,形成了新的效益增长点。

颗粒煤气化的煤气洗涤水的污染程度研究

分别以水蒸汽和CO_2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟试验装置模拟煤炭地下气化,研究粒度为5~10 mm的大颗粒褐煤、烟煤和无烟煤在不同气化温度下气化的煤气洗涤水中污染物变化。结果表明,随着气化温度的升高,煤气洗涤水中挥发酚、TOC、COD、氨氮和大多数微量元素的浓度不断增大,适当控制气化温度可以有效降低煤炭地下气化对地下水的污染程度;水蒸汽为气化剂时煤气洗涤水中挥发酚、TOC、COD、氨氮和微量元素均明显高于CO_2气化;煤种对煤气洗涤水中污染物组分影响显著,挥发酚、COD和微量元素的含量均为褐煤〉烟煤〉无烟煤。

烟煤地下气化对地下水潜在的有机污染

以水蒸气为气化剂,利用自建的煤炭地下气化模拟试验系统模拟了鹤壁烟煤在不同温度下的地下气化过程。将模拟地下气化产生的粗煤气用深层地下水进行洗涤,并使用GC-MS检测煤气洗涤水中的有机物,模拟研究了煤炭地下气化对地下水可能造成的有机污染。结果表明:鹤壁煤气化过程中煤气溶解到地下水中的有机组分有108种,以脂肪烃为主,其次是卤代烃和芳香烃,同时检测到洗涤水中含有少量的苯系物和酚。参照国际癌症研究署(IARC)公布的《致癌物分类列表》和国家《危险废物鉴别标准》,苯及其衍生物、苯酚、甲酚、二甲酚以及萘等是主要的有毒有机污染物。地下气化过程中溶解在地下水中的污染物种类和浓度与气化温度有关。

有机膨润土对Cr(Ⅵ)模拟废水的吸附特性

采用扫描电子显微镜（SEM）、低温氮气物理吸附仪对有机膨润土的表面形貌和孔结构特性进行表征,系统考察了吸附时间、膨润土用量、p H值、温度、六价铬初始浓度对模拟废水中六价铬脱除的影响,并从有机膨润土结构、吸附机理等角度分析其对模拟废水中Cr（Ⅵ）的吸附特性。实验结果表明,该有机膨润土片层结构明显,孔隙较发达,孔径分布较宽（主要分布在3-24nm之间）,为典型的介孔材料,有利于污染物在有机膨润土内的迁移和扩散;该有机膨润土对Cr（Ⅵ）具有良好的吸附性能,在20℃、p H=6、20min条件下,2g膨润土对六价铬（50mg/L,50m L）的脱除率高达94.9%,此时吸附量为1.19mg/g.

大粒度煤块气化特性研究

分别以H_2O(g)和CO_2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟实验装置完成大颗粒鹤壁烟煤和晋城无烟煤的气化模拟实验,用便携式气体分析仪对煤气组分进行测定,并用SEM分析气化后的半焦,考察了气化剂种类、气化温度和气化时间对2种煤气化反应特性的影响。结果表明:CO_2为气化剂时,反应温度越高,煤气中CO,H_2,CH_4含量越多,煤气热值也越高;以H_2O(g)为气化剂时,H_2含量随着反应温度升高增大,CO含量则先增大后降低,CH4明显降低。气化温度1 000℃时煤气热值最高,鹤壁煤和晋城煤热值分别达13.12 MJ/m^3和11.25 MJ/m^3;气化进行30 min时反应速率最大,60 min时热值最高;相同气化剂条件下鹤壁烟煤的煤气热值高于晋城无烟煤煤气;相同煤种条件下H_2O(g)为气化剂时的煤气热值高于CO_2。

鹤壁烟煤地下气化的污染研究

通过自行研制的煤炭地下气化模拟试验系统,采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺进行鹤壁烟煤地下气化模型试验,用地下水浸泡气化残焦。对气化管道煤气冷凝水、煤气洗涤水和残焦浸出液中的挥发酚、TOC、COD和氨氮进行检测,考察煤炭地下气化对地下水可能造成的污染。结果发现,煤气冷凝水中的挥发酚、TOC和COD均大于煤气洗涤水的;水蒸气气化阶段氨氮浓度最高,可达497.52 mg/L;残焦浸出液中的挥发酚、COD和氨氮的最大值均低于污水排放允许最高范围内。

内蒙褐煤地下气化对地下水潜在的污染

采用富氧空气/水蒸气两阶段气化工艺,用自行研制的煤炭地下气化模拟试验系统,对内蒙褐煤进行地下气化模型试验,并收集气化后的煤气洗涤水。之后对煤气洗涤水的有机组分、挥发酚和氨氮进行检测,考察内蒙褐煤地下气化对地下水可能造成的污染。由结果可知:不同气化阶段煤气洗涤水的有机组分相似,均以酚类物质为主,酚类物质体积分数最高可达有机组分的76.82%。其次为多环芳香烃和杂环化合物,还含有少量的单环芳烃和脂肪烃,几乎不含卤代烃;水蒸气气化阶段煤气洗涤水中的多环芳烃和酚类化合物均比空气气化阶段的多,氨氮和挥发酚的浓度变化也符合这一规律。表明水蒸气气化剂对地下水的污染可能更严重。

大颗粒煤模拟气化的煤气洗涤水中有机污染物组成

分别以H2O（g）和CO2为气化剂,采用自制的煤炭地下气化模拟试验装置和GC-MS分析仪,研究粒径为5~10,mm的大颗粒内蒙褐煤、鹤壁烟煤和晋城无烟煤在不同气化温度下气化的煤气洗涤水中有机污染物组成.结果表明：随着气化温度的升高,煤气洗涤水中的各类酚不断增多,甲苯、萘和醚类化合物则不断减少,杂环化合物的变化较复杂,适当控制气化温度可以有效降低煤炭地下气化对地下水的有机污染程度;气化剂为H2O（g）时萘和各类酚含量均高于气化剂为CO2时的含量,醚和甲苯含量则小于CO2时的含量;煤种对煤气洗涤水中有机污染物种类和含量影响较大,内蒙褐煤洗涤水中酚的含量远大于鹤壁煤和晋城煤,甲苯含量的变化顺序为晋城煤〉鹤壁煤〉内蒙煤,萘含量的变化顺序与甲苯的变化顺序相反.

膨胀石墨的制备及其对煤炭地下气化煤气冷凝水的净化

以天然石墨为原料,采用化学氧化-高温膨胀工艺制备膨胀石墨,利用扫描电镜、低温氮气物理吸附仪和红外光谱仪对膨胀石墨的表面形貌、孔结构特征及表面官能团等微观结构进行表征;并系统研究其对内蒙古褐煤地下气化煤气冷凝水中氨氮(NH3-N)和总有机碳(TOC)的吸附净化特性。结果表明,所制膨胀石墨具有片层状三维网络结构,孔隙发达,比表面积可达27.3 m^2·g^(-1),总孔容为0.124 cm^3·g^(-1),孔径主要分布在2~10 nm,且其表面含有丰富的羰基、酚羟基等含氧官能团,是一种性能优良的介孔吸附材料。膨胀石墨对煤炭地下气化煤气冷凝水中NH_3-N和TOC具有良好的净化效果;当膨胀石墨添加量为1.5 g,吸附温度为40℃,振荡吸附时间为60 min的工艺条件下,膨胀石墨对煤气冷凝水中NH_3-N的脱除率和吸附量分别为44.35%和8.76 mg·g^(-1),TOC的脱除率和吸附量则分别为59.80%和4.07 mg·g^(-1)。