煤气化灰渣中残炭对灰渣流动性影响的研究进展

摘要

煤气化是以煤或煤焦为原料,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作为气化剂,在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的有机质转化为气体燃料或下游原料的过程.液态排渣气化炉气化过程中,煤中有机质转化为合成气,矿物质经过烧结、熔融逐渐转化为固体的灰后进一步转化为液态的熔渣.由于煤中有机质在气化过程中不能达到完全转化,导致气化灰渣中含有未反应的煤焦颗粒,形成气化灰渣中的残炭.残炭的存在不仅降低了煤气化过程的碳转化率,还对灰渣的流动性有重要影响.综述了近年来关于液态排渣气化炉灰渣中残炭形成机理及对灰渣流动性研究的最新研究进展,首先对灰渣中残炭的形成原因进行分析,发现煤种和气化操作条件是影响灰渣中残炭含量的主要因素,而未反应煤焦和熔渣的相互作用决定了残炭在灰渣中的赋存状态,但为了优化操作条件,降低气化灰渣中残炭含量,需进一步研究气化条件和灰渣组成等因素对于焦渣相互作用的影响.通过浮选以及酸洗方法提取了灰渣中的残炭,并对其进行性质表征,发现由于灰渣中的残炭经历了较高的温度区间和较长的停留时间,相对于低温煤焦其挥发分较少,孔隙丰富,石墨化程度较高,反应性较差.作为灰渣中重要组成,残炭的存在显著提高了煤灰的熔融温度.残炭的石墨化程度以及煤灰化学组成(SiO2/Al2O3、Fe2O3含量)等因素对于含炭煤灰的熔融性影响较大,残炭的存在导致FeSi、SiC和Fe等难熔矿物质的生成.降温过程中残炭促进了熔渣中矿物质的结晶,提高了熔渣的黏度,但残炭还原单质铁的速率以及对不同熔渣中矿物质结晶行为的影响机理欠缺系统性研究.此外,残炭和灰渣中含硅和含铁矿物质发生碳热反应,反应物的组成与产物的扩散对碳热反应温度及速率有重要影响,但需深入研究不同气化条件下碳热反应的动力学.