Mercury oxidation and adsorption characteristics of potassium permanganate modified lignite semi-coke

The adsorption characteristics of virgin and potassium permanganate modified lignite semi-coke （SC） for gaseous Hg were investigated in an attempt to produce more effective and lower price adsorbents for the control of elemental mercury emission. Brunauer-Emmett- Teller （BET） measurements, X-ray powder diffraction （XRD） and X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） were used to analyze the surface physical and chemical properties of SC, Mn-SC and Mn-H-SC before and after mercury adsorption. The results indicated that potassium permanganate modification had significant influence on the properties of semi-coke, such as the specific surface area, pore structure and surface chemical functional groups. The mercury adsorption efficiency of modified semi-coke was lower than that of SC at low temperature, but much higher at high temperature. Amorphous Mn7＋, Mn6＋ and Mn4＋ on the surface of Mn-SC and Mn-H-SC were the active sites for oxidation and adsorption of gaseous Hg~, which oxidized the elemental mercury into Hg2＋ and captured it. Thermal treatment reduced the average oxidation degree of Mn2＋ on the surface of Mn-SC from 3.80 to 3.46. However, due to the formation of amorphous MnOx, the surface oxidation active sites for gaseous Hg0 increased, which gave Mn-H-SC higher mercury adsorption efficiency than that of Mn-SC at high temperature.

热解半焦与褐煤掺烧及气体污染物排放特性TG-FTIR研究

采用热重-傅里叶红外(TG-FTIR)联用技术对较高升温速率(100~250℃/min)下热解半焦与褐煤的掺烧特性和气体污染物排放特性进行了研究。结果表明,加入褐煤可有效降低混合燃料的着火温度,缩短燃尽时间。随褐煤掺烧比例的增加,混合燃料的着火指数、燃尽指数和综合燃烧特性指数均显著增大。提高热重试验升温速率会增大混合燃料的着火温度和最大失重速率温度,但同时也会加快燃烧速率,提高综合燃烧特性。掺烧过程中气体污染物的排放温度区间与其主要的热失重阶段基本对应。随褐煤掺烧比例的增加,CO2排放量逐渐降低,NO和NO2排放量总体增大,SO2和CO排放量呈波动趋势,掺烧对NOx排放具有一定抑制作用。

锡林郭勒褐煤清洁利用技术适用性研究

锡林郭勒盟褐煤可采储量1 400余亿t,年采量1亿t以上,主要通过燃烧用于发电、供热,利用效率低,高效清洁利用水平有待提高。选择当地3种代表性煤样,以格金低温干馏、热解和直接液化技术为研究手段,讨论不同锡林郭勒褐煤对清洁利用技术的适用性。实验结果表明,3种煤样在不同技术方向上差异显著,结合其气液固三相产物的收率和属性进行评价,认为来自于胜利矿区的样品更适于制取半焦,乌拉盖矿区的样品更适于气化技术,来自于白音华矿区的煤炭则有成为优良直接液化用煤的潜能。结合当地资源环境特点,认为低温热解制取半焦是适宜锡林郭勒褐煤未来清洁利用的技术方向。

褐煤热解碎裂特性及孔隙结构演化研究

褐煤在热解过程中受热力作用极易发生碎裂粉化,制约着褐煤清洁高效转化利用,而研究褐煤热解碎裂特性可为其加工利用技术发展提供参考,因此利用微型热解装置选取内蒙古褐煤,研究其挥发分析出过程与碎裂变化的关系,并分析半焦的孔隙结构演化特征与碎裂特性的联系。研究结果表明,褐煤热解的碎裂程度随加热温度的升高而增大,在流化床中碎裂现象更显著;挥发分析出是引发褐煤热解碎裂的主要因素,褐煤在不同反应温度下的挥发分析出率和粒度变化率、粉化率的关系均存在变化的转折点,可为工业生产提供参考数据;随加热温度升高孔隙结构不断生成和发育,孔隙特征均为尖劈形的毛细孔,在650℃时孔隙结构最丰富,在热力作用下达到煤颗粒材质临界值而发生破碎粉化。

温和热解条件下内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能

为研究褐煤半焦的高效洁净利用及其燃烧性能的判别,模拟工业生产中煤炭热解外热式直立炭化炉,组装煤炭热解实验装置对内蒙褐煤进行热解。采用热重分析法对半焦/煤进行燃烧性能研究,探讨了影响褐煤热解半焦燃烧性能的主要因素,并对半焦与煤的燃烧性能进行比较。结果表明:热解条件是影响半焦燃烧性能的重要因素,随热解温度的升高和热解时间的延长,内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能变差;半焦的燃烧性能与其本身的质量参数相关,用半焦的燃料比可以准确预测半焦的燃烧性能;对比半焦与煤的燃烧性能,发现内蒙褐煤热解半焦的燃烧性能"异常"好,其主要原因是内蒙褐煤半焦具有发达的孔隙结构,碳的活性高,其性质类似于木炭,有优异的燃烧性能。

热解温度对褐煤半焦成浆特性影响的实验研究

采用低温热解法(450～650℃)对褐煤进行改性处理,研究热解终温对褐煤半焦成浆特性的影响,并从煤质特性和微观孔隙结构的角度对成浆性改变的原因进行了分析,选用Herschel-Bulkley模型对浆体流变特性进行拟合分析,直观地显示了水煤浆流变特性随浆体浓度和热解终温的变化情况。实验结果表明:低温热解有效地提高了褐煤的成浆性能,褐煤水煤浆的最大成浆浓度由改性前的44.31%,最大可升至66.78%,热解终温越高,定黏浓度越大。在表观黏度相近的情况下,热解终温越高,半焦水煤浆的稳定性越好。低温热解能有效脱除褐煤中的水分,促进含氧基团的分解,提高煤阶。热解后,煤的孔隙结构发生变化,热解终温升高,孔比表面积和孔容积减小。

褐煤及其热解产品利用现状

为了提高褐煤利用率,介绍了国内褐煤资源的储量形态、分布。分析了目前褐煤的利用途径,包括共伴生资源的利用、直接燃烧、干燥脱水与成型、气化、液化、制水煤浆与热解。并进一步分析了褐煤热解气、液、固产品的利用方向。提出了褐煤半焦利用的新方法,即利用半焦干法气化,或将半焦和热解废水等制成水煤浆,通过湿法气化制得合成气,再通过甲烷化催化剂将合成气制成甲烷,或将合成气通过费托合成制成汽油柴油。

昭通褐煤及其低温热解产物的性质研究

昭通褐煤储量大、埋藏浅、易开采,对其进行低温热解后,可以得到多种用途的产品。对昭通褐煤及其热解产物性质的实验研究表明,煤焦油含氧高,含硫低,轻柴油馏分高达60%,可直接用作燃料油,或用于生产轻柴油;热解煤气热值约为18MJ/m3,属中热值煤气,可用作城市煤气或工业锅炉的燃料;半焦着火点低,热值约为20MJ/kg,可作为清洁燃料用于发电或民用;褐煤灰的主要组分是氧化钙和氧化硅,可用于生产水泥或建材。

褐煤与煤直接液化残渣共热解产物半焦性能研究

为使煤直接液化残渣得到清洁高效再利用,采用常压固定床反应器,对神东煤直接液化残渣与呼伦贝尔褐煤共热解制取的半焦进行了研究。结合扫描电镜、N2-吸附、X射线衍射、拉曼光谱以及热重分析发现,共热解过程中存在的软化熔融现象导致液化残渣与褐煤相互黏结,共热解半焦比表面积与孔体积减小,半焦结构有序化程度增加。与褐煤单独热解半焦相比,共热解半焦CO2气化反应性能低。

胜利褐煤半焦显微结构及其燃烧反应性能

利用固定床反应装置对胜利褐煤在650℃进行热解,所得半焦在光学显微镜下分选出惰质组占73.40%的丝质相和腐殖组占98.67%的木质相两种显微结构相组分。利用热分析考察了两种显微结构的燃烧反应性能,分析了燃烧特征参数如起燃指数、燃烬指数等,并回归得到其动力学。研究表明,丝质相为多孔状,木质相为致密状,前者比表面积约为后者的21倍;丝质相的燃烧反应性显著高于木质相;均相和缩芯模型对两类煤焦燃烧反应过程都能进行准确描述,丝质相在起燃阶段的活化能显著低于木质相,是丝质相燃烧反应性高的内在原因。

酸改性对褐煤半焦脱除烟气中元素态汞性能的影响

为减少燃煤烟气中零价汞的排放,利用HCl和HNO3溶液对褐煤半焦改性研制了一种高效、低成本的吸附剂.运用酸碱滴定、Boehm滴定、BET、SEM和FTIR等技术对半焦吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附实验装置及烟气测汞仪在线考察了半焦吸附剂对气态Hg0的吸附特性.结果表明,酸改性使半焦灰分含量降低,增加了半焦比表面积和羧基、酚羟基等官能团含量.酸改性处理可提高半焦对元素态单质汞的脱除效率,特别是盐酸溶液改性褐煤半焦可使吸附温度为140℃时的脱汞效率显著提高,这与改性半焦表面羧基、酚羟基和C-Cl官能团的含量及性质有关,半焦表面这些官能团能为Hg0的化学吸附提供活性位.

改性褐煤半焦的表面性质及对气态Hg^0的吸附特性

以廉价的褐煤为原料制备褐煤原料半焦,通过化学改性研制脱除烟气中气态Hg0的改性半焦(MnOx褐煤半焦)吸附剂,运用N2吸附-脱附、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射仪)及XPS(X射线光电子能谱)等对吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附试验考察2种吸附剂对气态Hg0的吸附特性.结果表明:原料半焦与改性半焦均具有较发达的孔隙结构,并且以2~5 nm的介孔结构为主;经化学改性后,半焦表面石墨化程度有所提高,石墨碳C─C所占比例由51.37%增至76.17%;MnOx主要以高度分散的无定形状态均匀分布于改性半焦表面.固定床吸附试验结果表明,温度为140℃时,原料半焦对气态Hg0的吸附性能较差,而改性半焦则表现良好,其最高吸附效率可达85.6%;初始ρ(Hg0)分别为10.1、20.3、30.0、40.6μgm3时,改性半焦的吸附性能随初始ρ(Hg0)升高而增强;当吸附温度由30℃升至140℃时,改性半焦的吸附性能也随着吸附温度的升高而增强.改性半焦对气态Hg0的吸附作用应主要为化学吸附,被吸附后的汞主要以氧化态(Hg2+)形式存在.

两种酸处理对褐煤半焦表面性质及其脱汞性能的影响

分别用浓度为25%HNO3和25%H2SO4溶液制备改性半焦,并在固定床吸附装置上以氮气作为载气携带汞蒸气,对比研究了半焦的脱汞性能,分析了半焦脱汞影响因素。利用酸碱滴定、Boehm滴定、SEM、BET、FT-IR、XRD等方法对改性前后半焦的物化性质进行了表征。结果表明,硝酸和硫酸氧化降低了半焦的灰分含量,提高了改性半焦含氧、含氮和磺酸基团的含量。在吸附温度为30和140℃时,硝酸改性半焦对气态单质汞的脱除效率均提高;而硫酸改性后,只能提高吸附温度为140℃时的除汞效率,这与改性半焦表面性质及其酸性官能团含量有关。

云南褐煤非燃料应用——褐煤成型半焦制备研究

云南省拥有丰富的褐煤资源,用作燃料使用会造成很大浪费,并严重污染环境。阐述了以褐煤资源为原料制备铁合金用褐煤成型半焦的工艺,研究了粘结剂腐植酸钠的制备方法及半焦成型工艺,得出当腐植酸钠配入质量分数为8%~10%时,褐煤型焦具有理想的性质,可满足铁合金厂的使用要求。

乌拉盖褐煤半焦燃烧特性试验研究

为了解褐煤半焦的燃烧特性,以乌拉盖褐煤低温热解半焦为研究对象,在西安热工研究院有限公司自燃试验台上,采用电厂用煤煤质指标的评价体系及测试方法对其进行了试验研究。结果表明:乌拉盖褐煤半焦属于低水分、低挥发分以及高热值煤种,其燃烧性能优异,极易着火燃尽,着火稳定性较好,与国内典型烟煤性质接近,燃用时无需过多采用稳燃措施;但由于其灰熔融性较低,并具有严重的结渣倾向,为防止尾部对流受热面出现严重的结渣与积灰,建议炉膛出口烟温不高于1 000℃,且在运行中需加强吹灰,对于新建机组锅炉,应采用低氧燃烧技术以及较为严格的分级配风措施,以实现低NOx排放。

褐煤低温热解提质试验研究

针对蒙东地区褐煤水分含量高,发热量低,易风化自然,可磨性、成浆性差的问题,对其进行了管式炉低温热解提质试验研究。结果表明:试验优化的低温热解温度为480～520℃,此时半焦挥发分Vdaf为13.32%～16.43%,低位发热量为26.43～27.18 MJ/kg,半焦CO2反应活性大于98%,可磨性性指数大于60,成浆浓度大于60%;半焦着火点为326～342℃,氧化后着火点为305～327℃;原煤干基半焦产率为69.13%～70.46%,焦油产率为3.97%～4.60%。褐煤经过低温热解,发热量明显提高,着火点升高,反应性、可磨性及成浆性良好,并具有较高的电阻率。

热解条件对白音华褐煤半焦孔隙结构的影响

以内蒙古白音华褐煤为研究对象,在管式炉中进行了低温热解实验,考察了低温干馏后原煤和固体产物半焦的结构组成变化,分析了干馏条件对固体产物半焦孔隙结构的影响规律.对原煤和不同干馏条件下半焦的吸附/脱附等温曲线的分析结果表明,半焦具有较宽的孔隙分布,而且中孔和微孔占据了很大的比例;对半焦的孔隙特性参数的测定结果表明,干馏终温和保温时间对半焦的比表面积、孔容积和平均孔径都具有较大的影响.

宝日褐煤低温干馏特性及产物性质研究

研究了宝日褐煤进行低温干馏时,干馏温度及保温时间对褐煤干馏产物产率的影响规律;分析了半焦的元素组成及其性质,采用气相色谱比较了不同干馏温度下煤气的基本组成,运用FTIR表征了褐煤在不同干馏温度下焦油的官能团。结果表明,当干馏温度为600℃时,宝日褐煤半焦低位发热量比原煤提高48.1%,并且空气干燥基水分低,对二氧化碳的反应性良好;干馏温度为550℃时,宝日褐煤液相产物产出率最高;FTIR分析表明褐煤焦油中含有丰富的羟基官能团及-CH2-和CH3脂肪结构。

宝日希勒褐煤半焦的浮选试验研究

低温热解提质后褐煤中的有机质成分和煤化程度都发生了变化;通过对比褐煤和褐煤半焦的红外光谱,发现褐煤半焦中的亲水性官能团主要为羟基、氢键、胺基和醚等,且其含量要小于在褐煤中的含量;对褐煤半焦进行粒度分析和浮选试验,捕收剂采用0#柴油、煤油、ZS和它们的两两组合,发现组合药剂制度的浮选效果优于单纯的药剂制度,但无论采用哪种药剂制度,褐煤半焦的药剂消耗量都巨大,精煤灰分偏高。并对药剂消耗量大的原因进行了分析,认为半焦中较高的孔隙度是主导因素。

褐煤半焦表面性质及其脱除气态污染物的研究进展

对褐煤半焦基吸附材料的表面物理化学性质、改性技术及机理进行了探讨,介绍了半焦作为吸附材料在烟气脱硫、脱硝等领域的应用现状,重点总结了烟气中气态Hg0污染物在半焦表面的吸附特性及机理。通过分析比较,指出了以廉价褐煤为原料制备高性能吸附材料的主要途径,并展望了半焦吸附剂在烟气净化领域的发展趋势。