一种煤气化细渣活化处理的方法与流程

文档序号:15988773发布日期:2018-11-17 01:27阅读:1739来源:国知局
一种煤气化细渣活化处理的方法与流程

本发明涉及煤气化细渣的综合利用研究领域,具体涉及一种煤气化细渣活化处理的方法。

背景技术

煤气化残渣是煤气化过程中产生的残余物。随着煤气化工艺应用越来越广泛,产生的气化残渣的量越来越大。煤气化残渣包括粗渣(气化炉渣)和细渣(黑水滤饼)两部分,残渣成分与气化原料煤灰分含量、组成及气化工艺等相关,主要为sio2、al2o3、cao、fe2o3和残余碳等。煤气化细渣占据固体废物的重要比例,对其进行综合利用是整个煤化工项目实现循环经济的重要因素。

细渣由于含碳量较高,烧失量往往超过20%,不能直接用于水泥和混凝土领域。一般会将细渣掺混到流化床锅炉中进行燃烧。燃烧后的低碳灰可以用于水泥、混凝土等建材、建工原料。由于目前煤气化炉渣的利用方式还比较单一,因此需要积极探讨炉渣的多元化利用。

为了能够通过化学方法,回收利用残渣中所含的al,si,ca,fe,ti,ga等有效成分,就需要首先将残渣活化为利于分离提取上述有效成分的物相。通常通过与碱性物质发生高温固相反应生成这样的活性相,因而成为残渣的重要活化方法。一般而言,通过灰渣与碱性物质发生高温固相反应生成活性相,需要较高的温度。葛鹏鹏等人于2010年在《无机盐工业》第42卷第7期中发表的“粉煤灰提取氧化铝工艺研究进展”论文中已经介绍,如碱性物质为碳酸钙时,固相反应温度为1200~1400oc,反应时间常经历2-3小时,而碱性物质为碳酸钠时,固相反应温度也需要达到700~900oc,反应时间也需要经历2-3小时。这就使得传统的固相反应工艺成为了高能耗、低效率的工艺,而且对设备要求更加严格,极大地限制了煤气化细渣的综合利用。

另一方面,在过去的几十年中,煤燃烧和气化后的残渣中含碳量高的问题越来越受到人们的关注,张继臻等人于2007年发表在《煤化工》(总第132期)的“texaco煤气化渣中可燃物高的原因分析及应对措施”论文中已经对残碳含量做了介绍,尤其是煤气化后的细渣中残留碳的含量有的高达50%。渣中的高残碳含量代表热值的损失。我们实验室测定了内蒙古某能源有限公司2014年产生的煤气化细渣样的低位发热量,其范围在7mj/kg~22mj/kg。

综上所述,若能利用细渣中高残碳含量所具有的高热值来减少固相反应活化工艺所需要的热量,就能降低能耗,提高反应效率,对煤气化细渣活化具有重大意义。

本发明就是通过一种改进的工艺,合理有效地充分利用细渣中未燃烧物自身的燃烧热量,为固相反应提供所需的热量,从而有效地降低了外界提供的环境温度,而且反应效率增加,缩短了反应的时间,极大地降低了反应的综合能耗,将有效地促进煤气化细渣的综合利用。



技术实现要素:

鉴于上述情况,本发明提供了一种煤气化细渣活化处理的方法,解决了当前固相反应所需能耗高的问题,本发明利用细渣中未燃烧物自身的燃烧热量为固相反应提供所需的热量,降低外界提供的环境温度,增加反应效率,缩短反应时间。

本发明的具体技术方案如下:

一种煤气化细渣活化处理的方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)将煤气化细渣与碱性介质粉末均匀混合获得混合物,并置于沸腾炉中;

2)将所述混合物在惰性气氛中加热至恒定温度;

3)在所述恒定温度下,将惰性气氛快速切换为含氧气氛,并保持5min~60min。

在上述方案的基础上,还可以增加一下技术特征进一步限定:

进一步地,所述碱性介质粉末包括碳酸钠或碳酸钙,或二者的混合物;

进一步地,所述第1)步中煤气化细渣与碱性介质粉末混合的质

量比为0.8~2.5:1;

进一步地,所述惰性气氛包括氮气、氦气、氩气或者其混合气体;且惰性气氛中的含氧量体积比低于10%;

进一步地,每克所述混合物所需所述惰性气氛的气体流量大于2ml/min;

进一步地,所述第3)步中快速切换的含氧气氛中含氧量体积比大于等于80%;

进一步地,每克所述混合物所需所述第3)步中快速切换的含氧气氛的气体流量大于8ml/min;

进一步地,所述第3)步中快速切换为含氧气氛后需保持10min;

进一步地,所述恒定温度范围为350~900oc。

本发明的优点:利用煤气化细渣本身含有的未燃烧物,在含氧气氛下的快速燃烧,为反应提供热量,使反应物温度快速提升到固相反应所需的温度,从而降低反应所需的外界环境温度和反应所需的时间。有效地降低了煤气化细渣活化所需的能耗,降低了反应成本,从而有利于其综合利用。

附图说明

图1实施例1中在切换为氧气氛后样品温度随时间的变化曲线,通过直接插入样品中央的温度探头测定。

图2实施例1、2、3、4中的产物的xrd图谱,图中标识温度为反应炉控制的温度。

图3实施例5中在切换为氧气氛后样品温度随时间的变化曲线,通过直接插入样品中央的温度探头测定。

图4原样、对比例1、2、3中产物的xrd图谱,图中标识温度为马弗炉控制的温度。

具体实施方式

以下结合实施例进一步解释本发明,但不对本发明做任何形式的限定。

所使用的煤气化细渣为内蒙古某能源有限公司2014年产生的煤气化细渣,经测定该样品的低位发热量为11.57mj/kg。

实施例1

将煤气化细渣与碳酸钠按质量比为1.9:1研细混合均匀,称取5g置于立式石英反应器中,在n2气氛(纯度为99.99%,流量为25ml/min)保护中升温至350℃。待温度恒定后,立即切换为含氧气氛(总流量为225ml/min,其中o2含量89%(v/v)),并且开始计时,10min后停止通气并关掉电源。通入含氧气氛后反应过程中样品的温度变化见附图1,由图可见切换为含氧气氛约4min后,样品温度快速升温达到750℃,并保持两分钟后开始缓慢降温。反应后活化相的xrd谱图如图2所示,表明已经生成霞石相。称取生成的霞石相1g,向其中加入浓盐酸5ml进行酸浸。对酸浸液进行化学分析,测定其铝提取率可到达89%。

实施例2

将煤气化细渣与碳酸钠按质量比为1.9:1研细混合均匀,称取5g置于立式石英反应器中,在n2气氛(纯度为99.99%,流量为25ml/min)保护中升温至400℃。待温度恒定后,立即切换为含氧气氛(总流量为225ml/min,其中o2含量89%(v/v)),并且开始计时,10min后停止通气并关掉电源。反应后的活化相的xrd谱图如图2所示,表明已经生成霞石相。称取生成的霞石相1g,向其中加入浓盐酸5ml进行酸浸。对酸浸液进行化学分析,测定其铝提取率可到达91%。

实施例3

将煤气化细渣与碳酸钠按质量比为1.9:1研细混合均匀,称取5g置于立式石英反应器中,在n2气氛(纯度为99.99%,流量为25ml/min)保护中升温至500℃。待温度恒定后,立即切换为含氧气氛(总流量为225ml/min,其中o2含量89%(v/v)),并且开始计时,10min后停止通气并关掉电源。反应后的活化相的xrd谱图如图2所示,表明已经生成霞石相。称取生成的霞石相1g,向其中加入浓盐酸5ml进行酸浸。对酸浸液进行化学分析,测定其铝提取率可到达93%。

实施例4

将煤气化细渣与碳酸钠按质量比1.9:1混合均匀研细,称取5g置于立式石英反应器中,在n2气氛(纯度为99.99%,流量为25ml/min)保护中升温至600℃。待温度恒定后,立即切换为含氧气氛(总流量为250ml/min,其中o2含量90%(v/v)),继续反应10min后停止反应、关闭气流、关闭电源。反应后形成活化相的xrd谱图见附图2,表明已生成霞石相。称取生成的霞石相1g,向其中加入浓盐酸5ml进行酸浸。通过化学分析得铝提取率可达到93%。

实施例5

将煤气化细渣与碳酸钙按质量比为2:1研细混合均匀,称取混合样品5g置于立式石英反应器中,在惰性气体n2保护中(流量为25ml/min)升温至700℃,恒温后,快速切换至含氧气氛(流量为250ml/min,其中氧含量90%(v/v)),继续反应15min后停止反应,关闭气流,关闭电源。反应过程中样品的温度变化见附图3,由图可见切换为含氧气氛约两分钟后样品温度快速升温达到最高约1250℃,之后开始缓慢降温。反应后的产物利用荷兰panalyticalempyreanx射线粉末衍射仪对其进行物相分析,表明已生成活性相钙长石ca2al2sio7。钙长石易溶于酸,用一定量的浓盐酸浸取,可分离提取si,al等有效成分。化学分析测得铝提取率可达到89%。

实施例6

将煤气化细渣和碳酸钙按质量比为2:1混合均匀研细,称取5g制备好的样品,置于立式石英反应器中,在惰性气氛n2保护中(25ml/min)升温到800℃,恒温后,快速切换至含氧气氛(250ml/min,氧气含量90%(v/v))。反应15min后关闭气流,关闭电源。产物用一定量的浓盐酸酸浸,对酸浸液进行化学分析,测得铝提取率可达到89%。

实施例7

将煤气化细渣与碳酸钙按质量比2:1混合均匀研细,取一定量的制备好的样品,置于反应炉中,在惰性气氛n2(25ml/min)下升温到900℃,恒温后,立即切换至含氧气氛(250ml/min,氧气含量90%(v/v))。继续反应15min后停止反应,关闭气流,关闭电源。产物用浓盐酸浸取,对酸浸液进行化学分析,测得铝提取率可达到90%。

对比例1

利用传统的方法即在焙烧过程中不通入任何气体,烧制煤气化细渣样,将煤气化细渣与碳酸钠按质量比为1.9:1研细混合均匀,取适量混匀的准备好的样品置于坩埚中,将装有样品的坩埚置于马弗炉中,待马弗炉升温至350℃时开始计时,2小时后停止反应。焙烧后熟料的xrd谱图见附图4。由附图可知焙烧后的熟料与原样的xrd谱图相同,未发生化学反应,没有易溶于酸的霞石相生成。

对比例2

利用传统的方法烧制煤气化细渣样,在焙烧过程中不通任何气体。将煤气化细渣与碳酸钠按质量比1.9:1研细混合均匀,取适量置于坩埚中,在马弗炉中保持温度750℃焙烧2h。焙烧后熟料的xrd谱图见附图4。由附图4可知,有部分的霞石相生成,但是未完全转化为霞石相。称取1g熟料,加入5ml浓盐酸进行酸浸。通过化学分析测定其铝提取率为74%。

对比例3

将煤气化细渣与碳酸钠按质量比1.9:1研细混合均匀,取适量置于坩埚中,在马弗炉中保持温度860℃焙烧2h(焙烧过程中不通任何气体)。焙烧后熟料的xrd谱图见附图4,表明已生成霞石相。将制备得到的熟料酸浸,同对比例2中的方法测定其铝提取率为94%。

对比例4

利用传统的焙烧方法,以碳酸钙为焙烧介质。将煤气化细渣与碳酸钙按质量比2:1研细混合均匀,将混匀后的样品取适量置于坩埚中,待马弗炉升温至700℃时开始计时,2h后关闭马弗炉,停止反应(焙烧过程中不通任何气体)。将焙烧后的熟料酸浸,利用化学分析方法测定其铝提取率只有15%。

对比例5

利用传统的焙烧方法,以碳酸钙为焙烧介质。将煤气化细渣与碳酸钙按质量比2:1研细混合均匀,取适量置于坩埚中,在900℃下焙烧2h(焙烧过程中不通任何气体)。焙烧后的熟料酸浸,通过化学分析测得铝提取率为29%。

对比例6

同样按照传统的方法,利用碳酸钙为焙烧介质。将煤气化细渣与碳酸钙按质量比2:1研细混合均匀,取适量置于坩埚中,提高焙烧温度,待马弗炉升温至1200℃时开始计时,焙烧2h后停止反应(焙烧过程中不通任何气体)。焙烧后的熟料酸浸,通过化学分析测得铝提取率为90%。

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