煤液化残渣萃余物浮选预处理促进机理

煤液化残渣萃余物(ER)是指煤直接液化残渣通过萃取手段得到重质油和沥青后剩余的物质,约占原煤量的15%。利用扫描电镜(SEM)观察到萃余物表面疏松多孔的结构,通过浮选手段降低灰分后,可用于制作活性炭。由于萃余物中重质油和沥青附着在未反应煤表面导致萃余物中各种物质均具有无差别的疏水性,难以进行浮选,因此采用热处理手段将重质油及沥青脱除,使萃余物整体疏水性降低,增加疏水性的未反应煤和亲水性的硅铝酸盐矿物及催化剂(Fe_(7)S_(8))之间的差异性。重质油和沥青经热处理去除后,剩余的硅铝酸盐矿物及催化剂等具有亲水性,仍保留在未反应煤的孔隙和表面,因此采用超声处理手段将这些亲水性物质去除,暴露出未反应煤的疏水性表面,此时萃余物疏水性增加,煤与亲水性杂质之间的差异性增大,有利于浮选。对处理前后的萃余物进行浮选试验,结果表明:萃余物原样难以浮选,在马弗炉中260℃焙烧1 h后的萃余物可以浮选。在热处理的基础上进行超声处理,随超声处理时间增加,精煤产率呈上升趋势,灰分呈下降趋势。超声处理10 min的萃余物浮选精煤产率为58.20%,灰分为23.63%,相比仅经过热处理的萃余物,浮选精煤产率提高17.80%,灰分降低2.88%。热处理及超声处理均对浮选有促进作用。采用扫描电镜和DSA100接触角分析仪分别对超声处理前后萃余物的表面特性进行检测分析。通过扫描电镜观察到萃余物表面黏结有大量杂质,随超声处理时间增加,表面杂质逐渐减少,接触角逐渐增大,疏水性增加。扫描电镜及接触角分析均支持浮选结果。

煤液化残渣萃余物发电系统的集成与评价

煤液化残渣萃余物是一种高碳、高灰、高硫且成分复杂的固体混合物,主要含未转化的煤、无机矿物质以及煤液化催化剂,具有氢碳比高、热值高、利用价值高等特性,对其进行有效利用不仅可以提高煤液化过程的热效率和经济性,而且也能减少污染物的排放。通过Aspen Plus建立了煤液化残渣萃余物气化联合循环发电系统、燃烧发电系统和热解燃烧发电系统模型,并进行了能效、环境影响和经济性评价。研究结果发现煤液化残渣萃余物气化联合循环发电系统的能效为47.5%,优于煤液化残渣萃余物直接燃烧发电系统(43%)和热解燃烧发电系统(45.3%);煤液化残渣萃余物气化联合循环发电系统对环境影响潜值最小,煤液化残渣萃余物直接燃烧发电系统和煤液化残渣萃余物热解燃烧发电系统对环境影响潜值均较大;煤液化残渣萃余物气化联合循环发电系统的单位发电成本为0.44 CNY/kWh,低于煤液化残渣萃余物燃烧发电系统(0.48 CNY/kWh)和热解燃烧发电系统(0.69 CNY/kWh).因此,煤液化残渣萃余物气化联合循环发电系统较另外两种利用途径优势显著,对煤液化残渣萃余物的回收利用可优先考虑煤液化残渣萃余物气化联合循环发电。

壳牌工业气化炉煤液化残渣萃余物共气化过程CFD数值模拟研究

煤液化残渣萃余物作为煤直接液化过程产生的残渣经进一步萃取回收后剩余的固态残余物质,其处理方式直接关系到整个直接液化工艺的经济性与环保性。以共气化的方式利用煤液化残渣萃余物是一种经济高效的处理办法,但现阶段针对其气化特性的相关研究较少且尚无可实际参照的工业应用案例。利用数值模拟的方法以煤制油厂壳牌气化炉为应用对象,采用PDF双组分模型结合湍流-化学反应算法,对煤直接液化残渣萃余物在工业气化炉上的气化行为进行三维数值模拟计算,针对所关心的工业气化炉运行重点问题如烧嘴附近炉温分布、炉膛内流场温度场分布、合成气组分等相关信息进行了掺混萃余物气化前后的对比分析。结果表明:掺混10%(质量分数)煤液化残渣萃余物气化时,气化炉炉膛内的流场可基本保持稳定,但受掺混影响炉膛平均温度较不掺混萃余物时有所降低,且降温多集中在气化炉中下部,同时所生产的合成气中CO比例也有所上升。较低比例掺混煤直接液化残渣萃余物进行共气化在实际工业应用中是切实可行的,但由于中下部炉膛温度关系到气化炉液态排渣的稳定性,在实际运行时需重点关注残渣萃余物掺混比例。