1、Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST煤中摻配高硫石油焦的氣化適應(yīng)性研究煤中摻配高硫石油焦的氣化適應(yīng)性研究 學(xué)學(xué) 生：劉仁科生：劉仁科 指導(dǎo)教師：李寒旭指導(dǎo)教師：李寒旭 教教 授授 報告日期：報告日期：2013.3.182Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會主要內(nèi)容主要內(nèi)容本課題創(chuàng)新點本課題創(chuàng)新點研究內(nèi)容與方法研究內(nèi)容與方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究

2、現(xiàn)狀選題背景及研究目的選題背景及研究目的課題名稱及來源課題名稱及來源課題進(jìn)展計劃課題進(jìn)展計劃3Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會1 課題名稱及來源課題名稱及來源課題名稱：課題名稱：煤中摻配高硫石油焦煤中摻配高硫石油焦的氣化適應(yīng)性研究的氣化適應(yīng)性研究課題來源課題來源：自選項目：自選項目4Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士

3、研究生選題報告會 隨著社會的發(fā)展，世界各國能源消耗猛增，原油消耗成倍增長導(dǎo)致世界范圍內(nèi)的大隨著社會的發(fā)展，世界各國能源消耗猛增，原油消耗成倍增長導(dǎo)致世界范圍內(nèi)的大規(guī)規(guī) 模開采，優(yōu)質(zhì)原油比例越來越小，硫元素含量較高的重質(zhì)和劣質(zhì)原油比例日益增模開采，優(yōu)質(zhì)原油比例越來越小，硫元素含量較高的重質(zhì)和劣質(zhì)原油比例日益增加，其副產(chǎn)品高硫石油焦產(chǎn)量日益增加乃至過剩，由于硫含量高導(dǎo)致石油焦利用率。加，其副產(chǎn)品高硫石油焦產(chǎn)量日益增加乃至過剩，由于硫含量高導(dǎo)致石油焦利用率。2 選題背景及研究意義選題背景及研究意義2.1 選題背景選題背景1970197519801985199019952000200520102015

4、20200102030405060708090100110120石油焦產(chǎn)量/(Mt a-1)年份 美國 其他國家或地區(qū) 世界5Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會 圖圖1 海綿焦海綿焦 圖圖2 針狀針狀焦焦 圖圖3 彈丸焦彈丸焦 圖圖4 粉焦粉焦 6Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會2.2 研究目的研究目

5、的研究高硫焦及配煤的可磨性變化規(guī)律，找出石油焦表面性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)研究高硫焦及配煤的可磨性變化規(guī)律，找出石油焦表面性質(zhì)、內(nèi)部結(jié) 構(gòu)對氣化反應(yīng)性影響機(jī)理；構(gòu)對氣化反應(yīng)性影響機(jī)理；探索煤中摻配不同比例高硫焦的灰熔融特性、流動性、黏溫特性，得探索煤中摻配不同比例高硫焦的灰熔融特性、流動性、黏溫特性，得 出氣化石油焦較佳的摻配比例。出氣化石油焦較佳的摻配比例。2.3 研究意義研究意義探索出一條高硫石油焦高效利用新途徑；探索出一條高硫石油焦高效利用新途徑；拓寬煤氣化工藝原料煤使用范圍，提供一種穩(wěn)定的原料來源。拓寬煤氣化工藝原料煤使用范圍，提供一種穩(wěn)定的原料來源。7Laboratory of Ash Chem

6、istry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 一、 石油焦氣化反應(yīng)性研究現(xiàn)狀Jianhui Zou，Boli Yang，Kaifeng Gong14等研究了石油焦在磨制過程中的機(jī)械化學(xué)處理對其CO2氣化反應(yīng)活性的影響。研究結(jié)果表明，石油焦的氣化反應(yīng)活性可以通過研磨來有效的改變，通過濕磨法磨制石油焦的活性比干磨法磨制的活性要高的多。Youqing Wu,Jianjian Wang,Shiyong Wu16等利用實驗室規(guī)模的固定床反應(yīng)器研究K元素催化石油焦氣化的過程。通過對

7、氣化反應(yīng)性、氣化選擇性和氣體的釋放指標(biāo)的分析對比，發(fā)現(xiàn)催化氣化不僅能夠有效的促進(jìn)這些反應(yīng)（水-碳反應(yīng)，水-氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)和甲烷-蒸汽重組反應(yīng)），還能夠顯著的提高偏向CO2的氣化選擇性（一個高的偏向CO2的氣化選擇性意味著高的H2產(chǎn)率）。 在氣流床工藝中，粉煤在氣化爐內(nèi)的反應(yīng)時間短暫，一般僅為58s，這樣的反應(yīng)時間對原料氣化反應(yīng)性具有一定要求。因此許多研究表明：石油焦的氣 化反應(yīng)活性相對于煤較低，通過添加適量催化劑及其他處理能夠 在不同程度上提高石油焦的氣化反應(yīng)活性。以下是一些研究情況。8Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Eng

8、ineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會 Ohtsuka, Y.17等利用熱天平研究了在等溫條件下，Ca(OH)2和CaCO3對石油焦水蒸氣加壓氣化過程的催化作用。研究表明兩種成分增加了反應(yīng)速率，而CaCO3顯示了與Ca(OH)2不相上下的催化反應(yīng)活性。在沒有Ca元素負(fù)載的情況下，850反應(yīng)2h后，石油焦中固定碳的轉(zhuǎn)化率為65%，然而添加催化劑后，從開始到催化完全只要1h。表觀活化能并沒有因為Ca的添加而改變，而且主要的產(chǎn)物是H2。李慶峰、房倚天、王洋等15研究了氣化反應(yīng)溫度對石油焦水蒸氣氣化反應(yīng)活性的影響。研究結(jié)果是，在水蒸氣條件下，所研究的3種石油焦具有一定的

9、氣化反應(yīng)活性。隨著溫度的升高，總氣化反應(yīng)時間縮短，平均氣化反應(yīng)速率增加；1050時的平均氣化反應(yīng)速率是900時的3-4倍9Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會二、可磨性研究現(xiàn)狀u趙虹14等研究了不同煤化程度煤的可磨性指數(shù)變化和破碎特性，文章選取了煙煤、貧煤、煙煤及褐煤進(jìn)行了研究，并分析了煤種的破碎過程以及破碎后的粒度分布規(guī)律。結(jié)果表明：經(jīng)過哈氏可磨性測定儀后，各煤種的工業(yè)分析都發(fā)生了不同程度的變化，而煤粉破碎后的粒度分布取決于煤種的煤化程度，而與煤種

10、的可磨性指數(shù)相關(guān)性較小u王玉磊11等人對混煤的哈氏可磨度進(jìn)行了試驗研究，將渭河電廠的和平海電廠以及錫林郭勒蘇尼特堿業(yè)和平海電廠的煤粉以不同比例進(jìn)行混合，然后測定其哈氏可磨性指數(shù)，結(jié)果表明：混煤的哈氏可磨性與單煤哈氏可磨度之間不呈線性關(guān)系，而是趨于難磨煤種。隨著易磨煤種含量的增加，混煤的哈氏可磨度只呈現(xiàn)微小的增加 煤的可磨性是一種與煤的硬度、強(qiáng)度、韌度和脆度有關(guān)的綜合物理特性，與煤的煤的可磨性是一種與煤的硬度、強(qiáng)度、韌度和脆度有關(guān)的綜合物理特性，與煤的年代、煤巖結(jié)構(gòu)、煤礦的類型和分布等有關(guān)。年代、煤巖結(jié)構(gòu)、煤礦的類型和分布等有關(guān)。通通常用哈氏可磨性指數(shù)常用哈氏可磨性指數(shù)HGI來衡量煤的來衡量煤的

11、可磨性，其值的大小反映了不同煤樣破碎成粉的相對難易程度?？赡バ?，其值的大小反映了不同煤樣破碎成粉的相對難易程度。HGI值越大，說明在值越大，說明在消耗一定能量的條件下，相同量規(guī)定粒度的煤樣磨制成粉的細(xì)度越細(xì)消耗一定能量的條件下，相同量規(guī)定粒度的煤樣磨制成粉的細(xì)度越細(xì)。研究高硫焦氣。研究高硫焦氣化，我們有必要研究高硫焦及配煤的化，我們有必要研究高硫焦及配煤的HGI變化規(guī)律，為氣化爐制粉系統(tǒng)提供指導(dǎo)。變化規(guī)律，為氣化爐制粉系統(tǒng)提供指導(dǎo)。10Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告

12、會碩士研究生選題報告會 以上研究表明，國內(nèi)外專家學(xué)者對單煤、煤混配的哈氏可磨性指數(shù)變化規(guī)律研究較多也比較深入，然而針對高硫石油焦及煤中不同摻焦量的可磨性研究幾乎處于空白。11Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會三、石油焦制漿研究現(xiàn)狀l Xiuli Zhan，Zhijie Zhou，Wanzhong Kang，F(xiàn)uchen Wang22通過利用造紙黑液作為一種添加劑來研究其對提高石油焦成漿性能。結(jié)果表明：添加大約1.0wt%的造紙黑液，石油焦的流變特性

13、、流動性和漿體的穩(wěn)定性都得到了明顯提高，水焦?jié){的濃度最高可達(dá)到70wt%，并具有很好的表觀粘度、流動性和穩(wěn)定性。 針對石油焦難以利用的問題，許多企業(yè)、專家學(xué)者研究了石油焦在以GE水煤漿氣化制合成氣上應(yīng)用，以下是一些石油焦制漿的研究成果。12Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會l 楊波麗，龔凱峰20等研究了褐煤與石油焦共成漿的研究，得出在褐煤中加 入不同比例的石油焦后，褐煤的 成漿性得到明顯的改善。隨著加入的石油焦增多，水煤焦?jié){成漿濃度越高。l 李瑞名

14、19研究了石油焦混煤制漿的可行性，通過提高排煙溫度和在漿中加入一定數(shù)量的固硫劑，能夠消除硫分對低溫段空氣預(yù)熱器的腐蝕作用。鍋爐應(yīng)用可行，在目前煤炭價格高居不下的情況下，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。 從以上石油焦制漿研究成果可以看出，石油焦具有一定的成漿性，石油焦跟污泥和煤以不同比例混合制漿均能夠制的比較穩(wěn)定的漿體，加入一定的添加劑可以提高漿體流動性和的穩(wěn)定性。13Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會 國內(nèi)外研究可以看出，高硫石油焦含碳9097%，含氫1.58

15、%，其低位發(fā)熱量約為煤的1.52倍，灰分含量不大于0.5%，揮發(fā)份含量約為11%左右，灰分和揮發(fā)份很低，品質(zhì)接近于無煙煤，且資源廣泛，價格低廉，研究高硫焦的氣化適應(yīng)性對解決高硫焦出路及為氣化爐提供穩(wěn)定的原料來源具有重要的意義。14Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會 4 研究內(nèi)容與方法研究內(nèi)容與方法（1）分別選取茂名石油焦、金陵石油焦、劉一煤、鎮(zhèn)雄煤兩種焦樣和兩種煤樣為實驗樣品。進(jìn) 行樣的基礎(chǔ)分析，包 括：工業(yè)分析、元素分析、發(fā)熱量、哈氏可磨 性指數(shù)

16、（HGI）、礦物組成分析（XRD）、灰成分分析（XRF）、灰熔融溫度分析。（2）高硫石油焦的哈氏可磨性指數(shù)研究 a：熱處理對高硫石油焦HGI影響利用恒溫恒濕干燥箱，分別設(shè)置溫度為常溫（25）、50、100、150、200，將制得的HGI實驗焦樣進(jìn)行不同溫度下的熱處理，處理時間為30min。取出測定HGI。 b：不同焦煤比的HGI變化規(guī)律將制好的HGI實驗樣品按照焦煤質(zhì)量比分別為1 1、1 3、3 1的比例混配，攪拌均勻，測定HGI。15Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告

17、會碩士研究生選題報告會 （3）高硫石油焦反應(yīng)性及氣化動力學(xué)研究 a：石油焦表面性質(zhì)對氣化反應(yīng)性影響利用SEM、XRD、BET比表面測定，測定常溫及不同溫度熱處理下焦樣的表觀形貌、石墨化程度、比表面積和孔隙率。借助熱重紅外聯(lián)用儀分析不同條件下樣品的氣化反應(yīng)性并進(jìn)行動力學(xué)計算。 b：不同焦煤比反應(yīng)性實驗在行星式球磨機(jī)將焦樣和煤樣磨制到粒度小于200目的實驗樣品，按照焦煤質(zhì)量比分別為1 1、1 3、3 1的比例混合均勻，利用熱重紅外聯(lián)用儀測定不同焦煤比反應(yīng)性。（4）煤中不同摻焦量灰渣高溫特性研究 a、灰熔融溫度測定焦樣、煤樣及不同摻焦量樣品燒灰，測定灰熔融溫度，當(dāng)流動溫度（FT）1350時，添加石灰

18、石助熔劑，按照煤基質(zhì)量添加量2%、4%、8%、10%添加。找出FT1350時助熔劑最佳添加量。并燒渣，借助XRD分析助熔劑對不同摻焦量灰樣的助熔機(jī)理。 b、灰渣流動性、粘溫特性研究測定不同摻焦量灰渣的流動性、黏溫特性，不同高溫下對應(yīng)的黏度，對氣化爐排渣進(jìn)行指導(dǎo)。16Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會擬解決的主要技術(shù)問題擬解決的主要技術(shù)問題通過配煤和熱處理，找出提高高硫石油焦哈氏可磨性指數(shù)的方法，為氣化爐制粉系統(tǒng)的運行提供理論指導(dǎo)分析石油焦表面性質(zhì)（

19、比表面積孔隙率、石墨化程度）及配煤對高硫石油焦氣化反應(yīng)性的影響找出高硫石油焦配煤（添加助熔劑）氣化灰渣熔融特性、流動性、黏溫特性。對氣化爐操作及排渣指導(dǎo)意義17Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會擬采取的研究技術(shù)路線擬采取的研究技術(shù)路線熱處理及配煤樣品的CO2反應(yīng)性氣化反應(yīng)動力學(xué)研究灰渣流動性測定、粘溫特性實驗，得出不同樣品流溫區(qū)間、高溫下對應(yīng)的黏度探索出熱處理、配煤對石油焦可磨性影響規(guī)律。表面性質(zhì)對其氣化反應(yīng)性的影響并計算出高硫石油焦氣化動力學(xué)，同

20、時得出不同焦煤比灰渣高溫特性對氣化爐排渣具有一定的指導(dǎo)意義TG-DTA-FTIR燒渣，借助XRD分析助熔劑對不同摻焦量灰樣的助熔機(jī)理。SEM、BET、XRD比表面測定儀測定不同溫度處理后焦樣的表觀形貌的、比表面積、孔隙率和石墨化程度設(shè)定恒溫恒濕干燥箱的溫度為50、100、150、200對焦樣進(jìn)行處理30min找出FT1350時，添加石灰石助熔劑，按照煤基質(zhì)量添加量2%、4%、8%、10%添加探討熱處理、配煤對高硫石油焦可磨性影響規(guī)律分別按照焦煤比為1 1、1 3、3 1進(jìn)行混配，并攪拌均勻樣品基礎(chǔ)分析18Laboratory of Ash Chemistry , Department of C

21、hemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會5 本課題創(chuàng)新之處本課題創(chuàng)新之處通過熱處理及與煤混配的哈氏可磨性指數(shù)研究，找出提高高硫焦可 磨性 方 法，并探索石油焦表面性質(zhì)對其反應(yīng)性的影響；研究不同焦煤比及添加助熔劑灰渣高溫?zé)嵝袨?，探究高硫石油焦氣化中的最佳摻配量?9Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會完成課題的條件完成課題的條件1）本人自2011年以來，一直在安徽理工大學(xué)灰化學(xué)實驗室從高硫石油焦氣化適

22、應(yīng)性及其他煤化工的基礎(chǔ)研究工作，查閱了大量關(guān)于石油焦生產(chǎn)、燃燒、氣化等方面中外文文獻(xiàn)，并做了一定的相關(guān)實驗研究，具有一定的理論基礎(chǔ)和實踐能力，在實驗室協(xié)助完成了上海瀝青銷售分公司“Shell氣化爐摻配高硫焦制合成氣的研究與開發(fā)”項目，目前正在參與安慶石化“煤種切換”項目2）本實驗室擁有多元素分析儀、發(fā)熱量、結(jié)渣儀、堆積密度分析儀、哈氏可磨指數(shù)測定儀、工業(yè)分析、元素分析、NXS-11A型表觀粘度計、高溫管式爐（1600以上）、灰渣流動性測試系統(tǒng)（1500，自制）、5E-AF智能灰熔點測試儀、XRD/ HT-XRD（1500）、高溫粘度計（1700）、全自動量熱儀、智能測硫儀等一系列煤質(zhì)化驗基本手

23、段和各種常規(guī)化學(xué)分析檢測手段。另外在潔凈煤技術(shù)方向（煤化工）與國內(nèi)外其他學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，具有各種優(yōu)勢，擁有良好的研究基礎(chǔ)，具備完成該研究的條件。20Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會研究展望研究展望高硫石油焦用于氣化應(yīng)用較少，希望通過實驗室研究結(jié)合工業(yè)試驗，探索高摻焦量氣化方法，從而解決高硫石油焦利用并緩解氣化裝置煤源緊張、煤質(zhì)不穩(wěn)的問題；希望能夠找出提高石油焦氣化反應(yīng)性切實可行的方式，促進(jìn)高硫焦高效氣化，達(dá)到節(jié)能增效的目的。21La

24、boratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會6 課題進(jìn)展計劃課題進(jìn)展計劃(1) 2013.032013.04 取高硫石油焦和煤樣，制樣并完成樣品的基礎(chǔ)分析(2) 2013.052013.07 高硫石油焦的哈氏可磨性指數(shù)研究，包括不同焦煤比和熱 處理的可磨性實驗(3) 2013.082013.10 高硫石油焦表面性質(zhì)和孔隙率測定，同時完成高硫石油焦 及配煤的熱重紅外實驗，找出規(guī)律焦表面性質(zhì)及焦煤比對其 氣化反應(yīng)性的影響機(jī)理，并計算氣化動力學(xué)(4) 2013.112

25、014.02 高硫石油焦配煤（添加助熔劑）的灰熔融特性、灰渣流動 性、高溫粘度實驗(5) 2014.032014.06 驗證部分實驗結(jié)果，撰寫論文。 22Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST碩士研究生選題報告會碩士研究生選題報告會部分參考文獻(xiàn)部分參考文獻(xiàn)1Jianhui Zou, Boli Yang, Kaifeng Gong, Shiyong Wu, Zhijie Zhou, Fuchen Wang, Zunhong Yu. Effect of mechanochemical treatment on petroleum coke-CO2 gasificationJ. Feul,87(2008): 622-627.2李慶峰，房倚天，