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国内外各种先进煤气化技术一、引言二、煤气化技术概述：2.1 固定层制气工艺（移动床）2.2 流化床气化工艺2.3 气流床气化工艺2.4 其他煤气化技术三、国内主流煤气化技术详解3.1 Lurgi（鲁奇）煤气化技术3.2 Texaco（德士古）煤气化技术3.3 Shell煤气化技术工艺3.4 GSP煤气化技术3.5 Dow煤气化工艺3.6 Texaco、Shell、GSP三种气化技术对比四、其它煤气化技术4.1 第三代煤气化技术4.2 组合气化炉煤气化法五、国内外煤气化的技术现状和发展趋势5.1 国外技术现状和发展趋势5.2 国内的技术现状和发展趋势5.3 国内工业化煤气化装置技术最新成果一、引言我国石油资源相对短缺，仅占化石能源探明储量的51.3％，开采量仅为世界开采量的21.4％，石油供需矛盾日益突出。
由于世界资源日趋减少，中东地区战乱不止，石油价格动荡不稳因此大量依赖石油进口将严重威胁我国国民经济的运行安全。
同时，我国煤炭资源丰富，探明可采储量2040亿t(2002年)。
煤炭在一次能源消费结构中占有主导地位，20世纪80年代以来一直在70％上下。
专家研究认为，在未来相当长时期内，一次能源消费结构中煤炭仍将居主导地位，到2050年将维持在50％以上。
目前国内发展煤气化合成化工产品的势头很旺特别是在产地,一批新的煤化工项目开始起步,老企业正以现代新技术改造传统落后的生产装置,以油为原料的大、中型合成氨厂开始进行煤代油的技术改造。
通过改造可以达到降低生产成本，改善环境状况之目的。
本文针对这一情况综合介绍国内煤气化技术现状，并对目前主流煤气化技术作一横向对比。
煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O2、H2O或CO2)与煤炭反应生成洁净合成气(CO、H2的混合物)，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。
煤炭气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术，显示了良好的经济和社会效益，代表着发展趋势，是现在最清洁的煤利用技术，是洁净煤技术的龙头和关键。
第29卷 第3期2006年7月煤炭转化COAL CONV ER S I ONV o l .29 N o.3Jul .2006 3国家重点基础研究发展计划(973)项目(2004CB 217701).1)副教授;2)硕士生;3)教授、博士生导师;4)中国工程院院士、教授、博士生导师,浙江大学能源洁净利用国家重点实验室,310027 杭州收稿日期:2006202208;修回日期:2006203206制焦温度和停留时间对煤焦气化反应性的影响3周志军1) 林 妙2) 匡建平3) 刘建忠3) 周俊虎3) 岑可法4) 摘 要 煤焦的制备对煤焦的气化反应性有着明显的影响.研究了新汶煤在温度分别为800℃,700℃,600℃和停留时间分别为60m in ,30m in ,20m in ,10m in 下制得的焦样与CO 2进行(在终温为1200℃下)不等温气化反应性.通过比较发现,在终温为800℃,700℃,600℃下停留时间为60m in 时煤焦的气化转化率都是最高的,分别为01982,01977和01998,可见停留时间为60m in ,制焦温度分别为800℃,700℃,600℃对于新汶煤焦的气化转化率的影响并不是很明显.同时也发现半焦的气化反应性呈现先增后减的趋势,在停留时间为60m in 时到达最大,并且在800℃时气化反应性是最高的,可见在800℃下停留时间为60m in 制焦是合适的.用扫描电镜实验手段观察了新汶煤焦形貌结构,发现有较多的“斑点”和微孔,这些“斑点”和微孔在气化中起着活化中心的作用.关键词 制焦,气化,反应性,不等温热重,扫描电镜中图分类号 TQ 5460 引 言近年来,由于气流床具有高碳转化率和低污染性,引起了人们的极大关注,Shell 和T exaco 等高温气流床气化法在国内外得到了很大的发展.煤的气化过程可以明显分为两个阶段:第一阶段是煤的热解;第二阶段是煤的热解生成的煤焦的气化.煤的热解是煤气化等其他化学过程的第一步,是煤的清洁利用技术的基础过程.热解阶段条件的不同,对所生成的煤焦在气化阶段的反应性也是有影响的.所以煤的气化特性主要依赖于煤脱除挥发分后生成的煤焦的反应特性.一般认为煤焦的反应性与制焦温度和停留时间等方面的因素有关,不少学者研究了在较高制焦温度条件下煤焦的活性,得到了不少有益的结论.[124]然而对较低制焦温度下煤焦活性的研究并不多,本文尝试研究了新汶煤在较低温度下制焦后煤焦的气化反应性.1 实验部分1.1 实验样品以新汶煤为试样,其工业分析和元素分析见表1,在制焦前将新汶煤按照HC l ∶H F =1∶1进行酸洗脱灰,冷却过滤后,再用去离子水洗涤两次,然后烘干.1.2 制焦在定碳炉上N 2流量为60mL m in ,升温速率为20℃ m in ,加热到800℃,恒温1h 后制得焦样.1.3 气化反应实验装置为瑞士T GA -SD TA 851e .取样品约20m g ,CO 2流量为60mL m in ,升温速率为30℃ m in 加热到900℃,然后以12℃ m in 加热到1200℃.表1 新汶煤的工业分析和元素分析T able 1 P roxi m ate and ulti m ate analysis of X inw en coalP roxi m ate analysis%MtAarV ar FC ar Q net,ar(kJ ・kg -1)U lti m ate analysis%,ar C H N S t O 2.22.4435.6659.73286480.14.141.411.578.142 结果与讨论2.1 制焦温度一定和不同停留时间的气化转化率 图1为制焦温度分别为800℃,700℃和600℃,停留时间分别为60m in ,30m in ,20m in 和10m in 下半焦的转化率随时间的变化率.由图1可看出,半焦的转化率在停留时间为60m in 时都是最高的,分别为01982,01977,0199,因此可以认为,在制焦过程停留时间为60m in 是合适的.图1 不同温度不同停留时间的半焦化转化率F ig .1 Char gasificati on conversi on of different coke 2fo r m ing ti m e at different coke m ak ing temperatures ■——60m in ;○——30m in ;△——20m in ; ——10m in2.2 不同制焦温度停留时间为60m i n 时的气化转化率 在制焦温度为800℃,700℃和600℃下,半焦的转化率分别为01982,01977和01998(见图2),在制焦温度为600℃时,半焦的气化转化率最高,但是三者之间的差别不大,由此可以得出,在较低的温度下制焦对气化的转化率没有太大的影响.图2 不同制焦温度下停留时间为60m in 的半焦气化转化率F ig .2 Char gasificati on conversi on of different temperatures at coke 2fo r m ing ti m e of 60m in ■——800℃;○——700℃;▲——600℃2.3 煤焦反应性的测量T GA 同样可以用来测量煤焦的反应性R (spe 2cific reactivity ).在定碳炉中热解后,把煤焦送至热重中进行不等温气化实验.煤焦的活性可通过由T GA 软件自带的D T G 曲线计算可得.Q uyn 等[5]以R =-1w d wd t来表示煤焦的反应性.式中w 是在任意时刻t 时煤焦的重量.第23页图3显示了新汶煤在制焦温度分别为800℃,700℃,600℃下,停留时间为60m in ,30m in ,20m in ,10m in 制得的半焦在热重中气化的反应性.由图3可以看出,在制焦温度分别为800℃,700℃,600℃下,半焦反应性的最大值都是出现在停留时间为60m in 的情况下,由此也可以得出制焦合适的停留时间为60m in .由图3还可以发现,在制焦温度为800℃,700℃和600℃下,半焦反应性的最大值大约出现在半焦转化率为70%时.半焦反应性在初期增加的原因主要是气化过程中碳基质的脱除;另外,在高半焦转化率下,反应性下降主要是由于煤焦结构的改变.特别是煤阶中不同尺寸的芳香环系统并不是均匀分布的,不同的煤会影响热解过程中的缩合反应,使得大的芳香环比小的芳香环更加容易浓缩.所以可认为,由热解得到的半焦是不同的,并且是由不同浓度范围的芳香环系统组成的.[527]在低的碳转化率下,主要是低浓缩的芳香环或是较小的芳香环与CO 2进行气化反应,随着半焦与CO 2气化反应的进行,半焦内部深处的部分将更集聚并成为主要的反应点.在半焦的转化过程中,由于选择性氧化导致芳香环的重新排列,生成了低反22 煤 炭 转 化 2006年应性的物质,这导致了半焦反应性的降低.图3 不同温度和不同停留时间半焦的反应性F ig .3 Char specific reactivity of different coke 2fo r m ing ti m e at different coke m ak ing temperatures ■——60m in ;○——30m in ;△——20m in ; ——10m in2.4 不同制焦温度相同停留时间下半焦的反应性 制焦温度分别为800℃,700℃和600℃,停留时间为60m in 时半焦的反应性见图4.由图4可以看出,在较低的半焦转化率时,800℃的半焦反应性要比600℃,700℃时要高.从600℃到700℃半焦的反应性下降可以解释为:随温度的升高,低反应性半焦形成的数量增加,挥发分和半焦的相互作用也使得低反应性煤焦结构的形成.然而热解温度从700℃增加到800℃时,半焦的反应性也随之增加却不是预料的,原因可能是,随着温度的增加碳基质在半焦中分布的改变以及在800℃下煤焦表面富集了大量能形成焦油的高活性化合物.半焦的反应性在热解温度700℃以上急剧降低半焦的氧含量,从而降低了氧和半焦中碳基质的结合程度,图4 不同制焦温度停留时间为60m in 半焦的反应性F ig .4 Char specific reactivity of different coke m ak ingtemperatures at coke 2fo r m ing ti m e of 60m in提高了半焦的反应性.[8,9]可见在停留时间为60m in下,制焦温度为800℃时所得的煤焦其气化反应性是最高的,这说明制焦温度为800℃是合适的.3 新汶煤焦的扫描电镜分析制焦温度为800℃,停留时间为60m in 时制得的新汶煤焦扫描电镜图见图5.图5 800℃时60m in 下制得的新汶煤焦扫描电镜图片F ig .5 SE M i m age of X inw en char of60m inutes at 800℃由图5a 可看出,新汶煤焦表面分布着较多的“斑点”,这些“斑点”呈现出与煤焦表面不同的白颜色,这些“斑点”就像珍珠一样镶嵌在煤焦颗粒表面.而在图5b 中发现煤焦表面上存在着较多的微孔.新汶煤焦中的白色“斑点”和微孔,可能是煤焦表面形成的活化中心点,它们在煤焦的气化过程中起着重要的作用:增加了活化中心的数量,提高了气化活性,这也可以从图5中得到证明;微孔可以作为焦炭和气化反应时的载体,它与焦炭表面结合,使得焦样表面具有更强的反应性,削弱了C C 键的强度,使气化反应更容易进行.[10,11]4 反应活化能的计算根据热重曲线和反应动力学方程求取在800℃,700℃和600℃下制焦停留时间为60m in 的动力学参数:活化能E 和反应级数n .反应动力学方程采用著名的F reem an 2Carro ll 法.32第3期 周志军等 制焦温度和停留时间对煤焦气化反应性的影响 反应动力学方程: d xd t =Ae -E R Tf (x )=A e -E R T (1-x )n升温速率Β=d Td t ,则上式可以转化为:d x d T =A Βe-E R T(1-x )n 两边取对数并且差减法可以得到: ∃ln (d x d T )=-E R ∃1T+n ∃ln (1-x )两边除以∃ln (1-x ),可得: ∃ln (d x d T )∃ln (1-x )=-E R ∃1T∃ln (1-x )+n通过上式对∃1T∃ln (1-x )作图,就可以求得活化能E和反应级数n ,结果见表2.由表2可看出,在制焦温表2 不同煤焦的活化性参数T able 2 K inetic param eters of different cokes T emperature℃A ctivityenergy(kJ ・mo l -1)n800265.20.918700307.60.976600298.170.961度分别为800℃,700℃,600℃,停留时间为60m in 下,活化能分别为26512kJ m o l ,30716kJ m o l ,298117kJ m o l ,发现制焦温度为800℃时活化能最低,比在700℃和600℃时的活化能分别低15%和12%,可见在制焦温度为800℃停留时间为60m in下制焦是合适的.5 结 论1)通过比较新汶煤分别在制焦温度为800℃,700℃和600℃,停留时间为60m in ,30m in ,20m in和10m in 下的气化转化率,发现合适的制焦时间为60m in ,在这一系列温度下制焦对煤焦的气化转化率没有太大的影响.2)比较了在制焦温度分别800℃,700℃,600℃下不同停留时间的煤焦反应性,发现在停留时间为60m in 时,煤焦的反应性都是最高,分别为01015s -1,01010s -1和01012s -1.3)比较了制焦温度分别为800℃,700℃和600℃,停留时间为60m in 下的煤焦反应性,发现煤焦反应性800℃>600℃>700℃,800℃下比600℃提高了近25%,比700℃下提高约40%.4)用扫描电镜实验手段观察了新汶煤焦形貌结构,发现有较多的“斑点”和微孔,这些“斑点”和微孔在气化中起着活化中心的作用.5)通过计算在停留时间为60m in ,制焦温度分别为800℃,700℃和600℃下的活化能,发现在800℃下活化能为最低,比600℃和700℃分别低12%和15%.参 考 文 献[1] Senneca O ,Saladno N ,M asi S .M icro structural Changes and L o ss of Gasificati on R eactivity of Chars upon H eat T reatm ent[J ].Fuel ,1998,77(13):148321493.[2] 肖仁贵,廖 霞,曾祥钦.木质素对煤基活性炭影响分析[J ].煤炭转化,2005,28(3):55258.[3] 范晓雷,周志杰,王辅臣等.热解条件对煤焦气化活性影响的研究进展[J ].煤炭转化,2005,28(3):74278.[4] 唐黎华,吴勇强,朱学栋.高温下制焦温度对煤焦气化活性的影响[J 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w ere com pared w ith FeS and FeS+S to verify the catalytic activity of SO42- M x O yso lid acid fo r the hydro2liquefacti on of coal.In additi on,the so lven t ex tractab le p roperties of Shenhua coal w ere deter m inati on.T he resu lts show that the ex tracti on yield of Shenhua coal by CS2 NM P m ixed so lven t is2113%.T he con ten t of low2m o lecu lar w eigh t com pounds associated in the coal m acrom o lecu lar netw o rk structu re is low er,and hydroxyl group con sisted in coal is linked in m acrom o lecu lar fram ew o rk.Shenhua coal has good liquefacti on ab ility.T he h ighest liquefacti on conversi on w as ob tained as7613%at op ti m ized conditi on s w h ich w ere400℃,coal tetralin1 2, and SO42- Zr O2catalysis.T here are great effects of atm o sp here,in itial p ressu re of hydrogen,con2 versi on tem p eratu re and rati o of coal to so lven t on the liquefacti on conversi on of Shenhua coal.H igher tem peratu re and stronger hydrogen donato r are favo rab le to increasing the liquefacti on conversi on and the yield of o il and gas.T he catalytic activity of fou r catalytic system s increase in tu rn non2catalytic<FeS<FeS+S<SO42- Zr O2SO42- Zr O2so lid acid show s the best catalytic a2 b ility fo r the direct hydro2liquefacti on of coal and is w o rth to study and developm en t.KEY WOR D S Shenhua coal,hydro2liquefacti on,so lven t ex tracti on,catalyst,SO42- Zr O2so l2 id acid(上接第24页)EFFECT OF CHAR M AK ING TE M PERATURE AND COKE-FOR M ING T I M E ON CHAR GASIF I CAT I ONSPEC IF I C ACT IV IT YZhou Zh ijun L i n M i ao Kuang J i anp i ng L iu J i anzhong Zhou Junhu and Cen Kefa(S ta te K ey L abora tory of C lean E nergy U tiliz a tion,Z hej iang U n iversity,310027H ang z hou)ABSTRACT T he effect of coke m ak ing to coke gasificati on reactivity is obvi ou s.W e m ade coke at differen t coke2fo r m ing ti m e such as60m in,30m in,20m in,10m in and at differen t coke m ak ing tem p eratu res such as800℃,700℃and600℃.W e m easu red the coke gasificati on reac2 tivity by u sing non2iso ther m al ther m al gravi m etric analyzer(T GA)at1200℃and founded that the carbon conversi on of coke2fo r m ing ti m e of60m in is the h ighest at differen t coke m ak ing tem2 p eratu res.T he sp ecific reactivity of coke increased first and reduced after w ards.T he m ax i m um appeared at coke m ak ing tem peratu re of800℃and coke2fo r m ing ti m e of60m in.So w e deem ed that coke m ak ing tem p eratu re of800℃and coke2fo r m ing ti m e of60m in w as the app rop riate coke2m ak ing conditi on.KEY WOR D S coke2m ak ing,gasificati on,specific reactivity,T GA,SE M 94第3期 王知彩等 神华煤直接液化性能及固体酸催化可行性研究 。
气化参数对空气等离子体煤气化过程的影响申曙光;庞先勇;鲍卫仁;吕永康;朱素渝【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2004(029)006【摘要】讨论了在水蒸气参与下的空气等离子体煤气化过程,结果发现:等离子发生器功率的增加,可以大幅度地提高煤气中H2,CO含量,降低 CO2含量,同时也可大幅度地提高碳转化率.在保证进入反应器的煤粒有一定动量的前提下尽量减少空气量;水蒸气输入量适量增加有利于H2含量增加,过量的水蒸气将使碳转化率下降;加大反应器的煤处理量会带来碳转化率的降低;适当条件下煤的转化率可超过95%.气相产物中没有检测到甲烷,同时没有发现液相产物.【总页数】5页(P721-725)【作者】申曙光;庞先勇;鲍卫仁;吕永康;朱素渝【作者单位】太原理工大学,化学工程与技术学院,山西,太原,030024;太原理工大学,化学工程与技术学院,山西,太原,030024;教育部与山西省煤科学与技术重点实验室,山西,太原,030024;教育部与山西省煤科学与技术重点实验室,山西,太原,030024;太原理工大学,化学工程与技术学院,山西,太原,030024【正文语种】中文【中图分类】TQ541【相关文献】1.气化参数影响气流床煤气化的模型研究(Ⅰ)--模型建立及验证 [J], 吴学成;王勤辉;骆仲泱;方梦祥;岑可法2.气化参数影响气流床煤气化的模型研究(Ⅱ)--模型预测及分析 [J], 吴学成;王勤辉;骆仲泱;方梦祥;岑可法3.气化参数对气流床粉煤气化影响实验研究 [J], 陆成;张忠孝;乌晓江;黄凤豹;陈国艳;周国锋4.空气煤比对循环流化床煤气化过程的影响 [J], 张荣光;常万林;那永杰;吕清刚5.整体煤气化湿空气透平(IGHAT)循环的参数优化 [J], 赵丽凤;张世铮;肖云汉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第42卷第6期2023年6月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol.42㊀No.6June,2023煤气化渣合成4A分子筛及其吸附性能研究徐啟斌1,2,牛香力1,2,陈婷婷1,2,陈雨欣1,2,李㊀杨1,2,张㊀华1,2,倪红卫1,2(1.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,武汉㊀430081;2.湖北省冶金二次资源工程技术研究中心,武汉㊀430081)摘要:本文针对煤气化渣(CGFS)资源化利用困难的问题,以CGFS为原料,采用碱熔活化-水浸-水热法合成4A分子筛㊂在水钠比(n(H2O)/n(Na2O),摩尔比)为80㊁硅铝比(n(SiO2)/n(Al2O3),摩尔比)为2的条件下,探讨了反应时间㊁水热温度和前驱液老化对合成的4A分子筛物相结构和微观形貌的影响,提出了活化CGFS-P1分子筛-4A 分子筛快速高效的转晶合成机理,并利用硫酸铜溶液模拟含重金属离子工业废水,测试了制备的4A分子筛对Cu2+的吸附性㊂结果表明,在100ħ反应12h条件下能够制备出尺寸均一且结晶良好的4A分子筛,其对Cu2+的吸附主要发生在前10min,吸附率达69.7%,90min时的最大吸附率高达97.3%,饱和吸附容量为196.4mg/g,制备的4A分子筛表现出良好的吸附性能,为CGFS高值化利用提供了理论依据和试验基础㊂关键词:煤气化渣;碱熔活化;水热反应;4A分子筛;Cu2+吸附;结晶机理;吸附性能中图分类号:TQ536.4;TQ424.25㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)06-2251-11 Preparation of4A Molecular Sieve from Coal GasificationSlag and Its Adsorption PerformanceXU Qibin1,2,NIU Xiangli1,2,CHEN Tingting1,2,CHEN Yuxin1,2,LI Yang1,2,ZHANG Hua1,2,NI Hongwei1,2(1.Key Laboratory for Ferrous Metallurgy and Resources Utilization of Ministry of Education,Wuhan University of Science andTechnology,Wuhan430081,China;2.Hubei Provincial Engineering Technology Research Center of Metallurgical Secondary Resources,Wuhan430081,China) Abstract:In order to solve the difficult problem of comprehensive utilization of coal gasification slag(CGFS),4A molecular sieve was synthesized with CGFS as raw material by an alkali fusion-water leaching-hydrothermal method.Under the conditions that the molar ratio of water to sodium(n(H2O)/n(Na2O))is80and the molar ratio of silicon to aluminum (n(SiO2)/n(Al2O3))is2,the effects of reaction time,hydrothermal temperature and precursor aging time on the phase structure and microstructure of prepared4A molecular sieve were investigated.The phase transformation and synthesis mechanism for activated CGFS-P1molecular sieve-4A molecular sieve were proposed.Meanwhile,the adsorption performance of the prepared4A molecular sieve for Cu2+in the solution was tested by using copper sulfate solution to simulate industrial wastewater containing heavy metal ions.The results show that4A molecular sieve with uniform size and well crystallization could be prepared at100ħfor12h.The adsorption of Cu2+by4A molecular sieve mainly occurrs in the initial10min and the adsorption rate reaches69.7%.The saturated adsorption rate reaches97.3%in90min and the saturated adsorption capacity is196.4mg/g.It is indicated that the prepared4A molecular sieve exhibits good adsorption performance,which provides the theoretical and experimental foundation for the high value-added utilization of CGFS. Key words:coal gasification slag;alkali fusion;hydrothermal reaction;4A molecular sieve;Cu2+adsorption;crystallization mechanism;adsorption performance收稿日期:2022-12-29;修订日期:2023-03-24基金项目:国家重点研发计划(2018YFC1900602-1);省级大学生创新创业训练计划(S202210488086)作者简介:徐啟斌(2000 ),男㊂主要从事冶金固废增值利用和纳米材料可控制备方面的研究㊂E-mail:keibun.xu@通信作者:李㊀杨,博士,副教授㊂E-mail:liyang2468@2252㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷0㊀引㊀言4A 分子筛是一种具有特殊隧道网络结构的介孔硅铝酸盐晶体,其理想晶胞组成为Na 96Al 96Si 96O 384㊃216H 2O [1],结构基元(α笼)为Na 12[Al 12Si 12O 48]㊃27H 2O,有8个Na +分布在8个六元环上,4个Na +分布在3个八元环上,Na +遮住了八元环的一部分,使其有效孔径为0.4nm [2]㊂4A 分子筛具有无毒㊁热稳定性良好㊁离子交换能力高和对环境友好等优良性能,被广泛应用于污水处理㊁吸附等领域[3]㊂A 型分子筛通常由硅酸钠㊁硅胶和铝酸盐[4]等纯化学级试剂合成,但因原料成本高等原因促使人们开始寻找便宜的原材料来合成A 型分子筛[5]㊂目前,关于用高岭土[6-7]㊁硅藻土[8]㊁盐藻石[9]等天然矿物合成沸石的相关研究较为成熟,也有部分研究以工农业废弃物,如飞灰[10]㊁煤矸石[11]和稻壳[12]等作为合成A 型沸石的原料,可以显著降低分子筛的制备成本㊂煤气化渣(coal gasification slag,CGFS)是一种以煤为原料进行气化的固体废弃物,是煤发生不完全燃烧生成CO 与H 2时残留的灰分与碳颗粒发生不同物理化学转变后形成的无机矿物质,主要矿相为非晶态铝硅酸盐,夹杂石英㊁方解石等晶相㊂CGFS 具有火山灰活性,并含有大量的SiO 2㊁Al 2O 3和Fe 2O 3等成分,这些特征为以CGFS 为原料制备分子筛提供了基础㊂Liu 等[13]以CGFS 为原料,采用碳纳米纤维为模板,原位固相合成单一相介孔ZSM-5分子筛(高硅铝比分子筛的一种),但为了获得多级孔道,后期去除模板时容易破坏分子筛结构㊂王正[14]将CGFS 经过一系列预处理脱除金属杂质之后,采用高温碱熔-水热法制备Y 型分子筛,探究了金属杂质对合成Y 型分子筛的影响㊂Wu 等[15]采用酸浸耦合碱处理,利用CGFS 中的碳和硅铝合成碳负载的P 型分子筛复合材料,其对龙胆紫染料的吸附性能可达625mg /g㊂Shu 等[16]采用酸浸-碱熔的方法制备具有锥形花簇状Na-P1型分子筛,其对亚甲基蓝的吸附性可达137.5mg /g㊂上述研究都用CGFS 合成不同类型的分子筛,但是制备过程中需要对CGFS 进行酸浸预处理,工艺流程复杂,并且酸浸过程容易造成CGFS 中铝的损失,产生的废酸难以处理,同样会造成二次污染㊂鉴于CGFS 本身具有多孔结构[17],可以为制备的分子筛提供多级孔道㊂因此,本文以CGFS 为原料,利用碱熔活化㊁水浸工艺提取其中的硅铝矿物,调整硅铝比(n (SiO 2)/n (Al 2O 3),摩尔比)和水钠比(n (H 2O)/n (Na 2O),摩尔比),控制合理的反应时间和温度,采用一步水热法直接制备出结晶性较好的4A 分子筛,并测试了其对重金属离子的吸附性能,探讨了其应用于处理工业废水的可行性㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料图1㊀煤气化渣的XRD 谱Fig.1㊀XRD pattern of coal gasification slag 试验所使用的煤气化渣来自新疆宜化化工有限公司,其主要化学组成如表1所示㊂煤气化渣中的主要物质为含Si㊁Al 和Ca 的氧化物,且Si 和Al 总含量较高,其相应氧化物总质量分数约73.69%㊂利用X 射线衍射仪(XRD)分析煤气化渣中物相组成,其XRD谱如图1所示㊂由图1可知,Al㊁Ca 主要存在于Ca 2Al 2SiO 7晶相中,煤气化渣中还含有少量石英SiO 2和氧化铁Fe 2O 3㊂试验所使用的固体氢氧化钠(NaOH,分析纯)㊁九水硅酸钠(Na 2SiO 3㊃9H 2O,分析纯)㊁五水硫酸铜(CuSO 4㊃5H 2O,分析纯)等其他化学试剂均来自国药集团化学试剂有限公司㊂第6期徐啟斌等:煤气化渣合成4A 分子筛及其吸附性能研究2253㊀表1㊀煤气化渣的主要化学组成Table 1㊀Main chemical composition of coal gasification slag Composition SiO 2Al 2O 3CaO Fe 2O 3MgO Na 2O K 2O Other Mass fraction /%54.1019.599.527.41 3.10 2.89 1.94 1.451.2㊀分子筛制备将煤气化渣在圆盘粉碎机中粉碎至100目(150μm)后与NaOH 按质量比1.0ʒ1.5混匀,在700ħ的马弗炉中焙烧3h,获得碱熔渣㊂将冷却后的碱熔渣研磨至200目(74μm),按渣水质量比1ʒ10加入去离子水,电磁搅拌15min 后获得富含可溶性无定形硅铝酸盐的溶液,即本文制备分子筛的原料㊂采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)分析碱熔渣水浸液中Na㊁Si 和Al 元素含量,通过添加九水硅酸钠调整n (SiO 2)/n (Al 2O 3)为2,n (H 2O)/n (Na 2O)为80,静置老化3~12h,在80~140ħ水热条件下反应3~18h,过滤后将滤渣水洗至中性,干燥后即得到制备产物4A 分子筛,具体工艺流程如图2所示㊂图2㊀煤气化渣处理工艺及4A 分子筛制备流程示意图Fig.2㊀Schematic diagram of coal gasification slag treatment process and 4A molecular sieve synthetic process 1.3㊀性能测试以硫酸铜溶液模拟工业废水,不同水热反应时间条件下制备得到的4A 分子筛作为吸附剂,进行分子筛吸附重金属离子的性能测试,验证其用于处理工业废水的可行性㊂取1.2g 制备的分子筛粉末置于60mL 浓度为10g㊃L -1的硫酸铜溶液中,电磁搅拌后进行吸附试验,吸附试验共持续90min,每隔10min 用移液管吸取溶液5mL,离心沉降分子筛粉末后取上层清液,用紫外可见光分光光度计测定上清液的吸光度,测试完成后将其与分子筛混合摇匀后倒回原溶液中㊂试验测得波长为810nm 时硫酸铜溶液的吸光度最大,所以根据Cu 2+吸光度标准曲线计算不同吸附时间后4A 分子筛对Cu 2+的吸附率,吸附率计算公式如式(1)所示㊂α=(A 0-A t )A 0ˑ100%(1)式中:α为吸附率,%;A 0为初始时硫酸铜溶液的吸光度;A t 为吸附时间为t 时硫酸铜溶液的吸光度㊂1.4㊀分析检测设备采用X 射线衍射仪(XRD,Rigaku)分析产物的物相结构;采用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES,Optima 5300DV,PerkinElmer)分析碱熔渣水浸液中元素的含量;采用场发射扫描电子显微镜(SEM,Nova 400Nano,FEI)观察样品的微观形貌;采用紫外可见光分光光度计(UV-Vis,UV-1901,北京普析)测试产物吸2254㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷附Cu 2+后溶液的吸光度㊂2㊀结果与讨论2.1㊀合成机理对分子筛形成及生长机理的研究有助于厘清分子筛的拓扑结构,以及调控分子筛微观结构和性能㊂分子筛的具体结晶机制目前主要有三种:固相㊁液相和双相转化㊂图3为4A 分子筛液相形核和生长结晶过程,主要分为三个阶段:1)诱导期,铝硅酸盐凝胶转化,释放[SiO 2(OH)2]2-和Al(OH)-4;2)成核,硅铝四面体形成分子筛前驱体及小晶核;3)晶体生长,4A 分子筛形成及长大㊂其合成反应式如式(2)所示[13]㊂96Na 2SiO 3+96NaAlO 2+312H 2O Na 96Al 96Si 96O 384㊃216H 2O +192NaOH(2)图3㊀4A 分子筛的结晶机理示意图Fig.3㊀Crystallization mechanism diagram of 4A molecular sieve 影响4A 分子筛合成的主要因素有硅铝酸盐浓度(用于形成骨架)[18]㊁反应温度和时间(可能导致较多的凝聚相)[19]㊁溶液pH 值(溶液中OH -作为矿化剂,可以重构凝胶中的T O T 键(T 为Si 或Al 元素),控制聚合度来调控孔径)[20]㊁硅铝比(调控可得到不同类型分子筛,A 型分子筛n (SiO 2)/n (Al 2O 3)为1.3~2.4)[19]㊁老化时间(在凝胶中形成小晶核加大结晶速度)[21-22]㊁水钠比(调节结构和粒径,n (H 2O)/n (Na 2O)为35~100,范围较宽)[23]㊂基于上述分析,本试验在控制n (SiO 2)/n (Al 2O 3)为2,n (H 2O)/n (Na 2O)为80的条件下,探讨反应时间㊁水热温度和前驱液老化时间对合成4A 分子筛物相结构和微观形貌的影响㊂图4㊀不同水热温度下产物的XRD 谱Fig.4㊀XRD patterns of reaction products under different hydrothermal temperatures 2.2㊀水热温度对合成分子筛的影响控制n (SiO 2)/n (Al 2O 3)为2㊁n (H 2O)/n (Na 2O)为80㊁反应时间为6h,在80~140ħ条件下研究不同反应温度对制备4A 分子筛的影响㊂图4为不同反应温度条件下所得产物的XRD 谱㊂从图4可以看出,当反应温度为80ħ时,水热反应6h 不能得到4A 分子筛,由上述合成机理推断,硅铝酸盐凝胶需要在一定温度条件下才能发生聚合,因此,温度过低时无法结晶形成分子筛㊂在反应温度为100~140ħ恒温6h条件下均可制得4A 分子筛,但100ħ水热条件下可以制得产物为均一相的4A 分子筛,几乎没有其他物相的衍射峰㊂当温度上升到120~140ħ时,4A 分第6期徐啟斌等:煤气化渣合成4A 分子筛及其吸附性能研究2255㊀子筛的衍射峰强度降低,并开始出现方钠石(Na 6Al 6Si 6O 24㊃4H 2O)衍射峰,且温度越高,4A 分子筛衍射峰强度越低,方钠石衍射峰强度越高,说明4A 分子筛的合成受温度影响显著㊂图5为不同水热温度条件下反应所得产物的SEM 照片㊂由图5可知,当水热反应温度为80ħ时,产物基本为颗粒状且未结晶的硅铝酸盐絮状物团聚体,说明此时反应温度尚未达到硅铝酸盐迅速反应形成构建分子筛所需骨架的温度㊂当反应温度升高到100ħ时,可见棱角分明㊁结构较为完整的4A 分子筛晶体和少量形状不规则的方钠石相,方钠石相颗粒尺寸极小,故被分子筛吸附在表面,当吸附量过多时会引起分子筛团聚㊂当温度升高到120ħ时,4A 分子筛晶体尺寸略有缩小,可能因为高温下分子筛开始分解转化为热稳定性更好的方钠石,继续升温到140ħ时,立方晶体的分子筛表面有一定孔洞出现,可能是由于反应温度较高,4A 分子筛开始被强碱性溶液侵蚀,部分立方体结构已经破裂崩塌,4A 分子筛表面被完全侵蚀,棱角钝化成球状,此时晶相为一种未命名的球状分子筛(Na 6(AlSiO 4)6㊃4H 2O)㊂图5㊀不同水热温度下产物的SEM 照片Fig.5㊀SEM images of reaction products under different hydrothermal temperatures 2.3㊀水热时间对合成分子筛的影响图6㊀不同水热时间下所得产物的XRD 谱Fig.6㊀XRD patterns of reaction products underdifferent hydrothermal time 控制n (SiO 2)/n (Al 2O 3)为2㊁n (H 2O)/n (Na 2O)为80,并且在120ħ条件下水热反应3~18h,分析不同水热时间对制备4A 分子筛的影响㊂图6为不同水热时间条件下所得产物的XRD 谱㊂由XRD 谱可知,水热反应时间为3~18h 时可以制得4A 分子筛,当反应时间过短或过长时,产物均为无定形物质㊂当水热反应6h 时,制得样品主要为4A 分子筛和少量菱沸石(Na 4Al 4Si 8O 24㊃H 2O),菱沸石是一种通道尺寸很小㊁表面中心极性很强的分子筛[23]㊂当水热反应12h 时,可以得到单相4A 分子筛晶体,与反应6h 产物相比,12h 时制备出的分子筛衍射峰强度更大,结晶性更好㊂图7为不同水热时间所得产物的SEM 照片㊂由图7可以看出,当反应时间为3h 时,圆球状且尚未完2256㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷全长大的菱沸石晶核占多数,也有个别发育不完全的4A 分子筛立方体物质㊂随着反应的进行,圆球状的菱沸石减少,立方晶体状的4A 分子筛增多㊂反应时间为12h 时,形状较规则㊁立方块状的4A 分子筛逐渐成为多数㊂与反应6h 相比,反应12h 时立方块晶体颗粒大小没有明显增加,但其孪晶状物质和表面的微小颗粒物数量明显增多,说明4A 分子筛晶体已有部分开始分解成无定形颗粒物并被吸附到分子筛晶体表面㊂反应时间为18h 时,4A 分子筛结构几乎完全分解,表面已经完全被无定形的絮状物颗粒覆盖㊂图7㊀不同水热时间下产物的SEM 照片Fig.7㊀SEM images of reaction products under different hydrothermal time 2.4㊀老化时间对合成分子筛的影响图8㊀不同老化时间后水热反应所得产物的XRD 谱Fig.8㊀XRD patterns of reaction products under different aging time调控n (SiO 2)/n (Al 2O 3)为2,n (H 2O)/n (Na 2O)为80,反应时间为12h,在室温下研究0~12h 的老化时间对制备4A 分子筛的影响㊂图8为不同老化时间后水热反应所得产物的XRD 谱,由XRD 谱可见,老化0~12h 的样品在120ħ下水热反应12h 后均能得到4A 分子筛晶体,其中老化0~6h 所得产物中4A 分子筛的含量较低,主晶相为一种Na-P1型微孔分子筛(Na 6Al 6Si 6O 32㊃12H 2O),其在较广的温度范围(100~200ħ)内常伴随其他类型分子筛(如4A 分子筛)一起出现,一定条件下可以向4A 型分子筛转化[24]㊂随着老化时间逐渐增加,Na-P1分子筛的衍射峰逐渐增强㊂当老化12h 时,4A 分子筛成为主晶相,Na-P1分子筛的衍射峰几乎消失,可能是Na-P1分子筛向4A 分子筛转化所致[25]㊂图9为经不同老化时间后在120ħ水热反应12h 下所得产物的SEM 照片㊂由图9可以看出,当老化0~9h 时,表面粗糙的球状P1分子筛占大多数㊂随着老化时间的延长,立方体状4A 分子筛小晶核数量也相应增多;老化9h 后部分P1分子筛分解,4A 分子筛晶粒明显长大㊁小晶核迅速生长,成为主晶相,晶粒表面吸附了大量分解的P1分子筛结构单元而引起的团聚,同时可以观察到分子筛表面吸附的P1分子筛结构单元重新形核长大,形成重叠生长的4A 分子筛孪晶[26]㊂第6期徐啟斌等:煤气化渣合成4A 分子筛及其吸附性能研究2257㊀图10分别为硅铝酸盐聚合体的形成过程㊁分子筛次级结构和复合结构基元以及转晶合成机理㊂根据 复合结构单元 假说[27]:初始沸石与目标产物存在至少一个相同次级结构基元/复合结构单元时能够加速晶体生长㊂4A 分子筛和P1分子筛具有相同的次级结构单元[28-29]:由硅铝四面体连接形成的4元环(D4R),6元环(D6R)或8元环(D8R)(见图10(a)),复合结构基元分别为SOD㊁LTA 或GIS(见图10(b))[30]㊂老化12h 后P1分子筛通过溶解产生局部有序的次级结构,为4A 分子筛形核和生长提供了新的构筑单元,这就是P1分子筛能够快速㊁高效地转晶合成4A 分子筛的主要原因(见图10(c))㊂图9㊀不同老化时间后水热制备的产物SEM 照片(1:碱熔渣;2:P1分子筛;3:立方体状分子筛;4:P1分子筛中转变形成的立方体状4A 分子筛晶粒;5:4A 分子筛小晶核;6:孪生的4A 分子筛)Fig.9㊀SEM images of samples after different aging time (1:alkali fusion slag;2:P1molecular sieve;3:cube molecular sieve;4:cubic 4A molecular sieve grains transformed from P1molecular sieve;5:4A molecular sieve crystal nuclei;6:twin crystal of 4A molecularsieve)图10㊀硅铝酸盐聚合体的形成过程㊁分子筛次级结构和复合结构基元和转晶合成机理Fig.10㊀Formation process of silica-aluminate polymers,secondary structure units of molecular sieve and transformation mechanism of different molecular sieves2258㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷综合上述对分子筛合成过程的分析,本文提出活化煤气化渣-P1分子筛-4A 分子筛双相转化的转晶机理[31]:1)活化后的碱熔渣溶解后释放硅酸盐溶胶,溶胶在高碱度溶液中老化时,经过缩聚反应形成合成分子筛必需的四元环㊁六元环㊁八元环等次级结构基元;2)次级结构基元在反应釜内高温㊁高压以及高碱度条件下发生结构变化,形成分子筛所需的复合结构单元(4A 分子筛:SOD㊁LTA,P1分子筛:GIS),由于组成P1分子筛的次级和复合结构单元较少,故老化时间较短时P1分子筛形核和长大占据优势,4A 分子筛以小晶核形式存在;3)经过长时间老化后P1分子筛溶解释放有序结构片段,为4A 分子筛晶核长大提供了构筑单元,4A 分子筛小晶核快速发育长大;4)老化时间过长,P1分子筛分解后形成的结构单元被吸附在4A 分子筛晶粒表面,提供了更多新的形核位点,从而形成孪生状4A 分子筛㊂2.5㊀吸附性能分析图11为不同水热反应时间条件下制备的分子筛吸附CuSO 4溶液后溶液吸光度的变化曲线㊂由图11可以看出,前10min 硫酸铜溶液的吸光度明显降低,说明制备得到的分子筛对Cu 2+具有很好的吸附效果㊂随着时间的延长,10min 后CuSO 4溶液吸光度变化不大,说明Cu 2+浓度变化逐渐变缓,即分子筛对Cu 2+的吸附慢慢达到饱和㊂图11㊀不同水热反应时间制备的分子筛吸附CuSO 4溶液后溶液吸光度的变化曲线Fig.11㊀Change curves of absorbance of CuSO 4solution adsorbed by molecular sieve under different hydrothermal reaction time 为了精确计算制备的分子筛对CuSO 4溶液中Cu 2+的吸附量,采用标准溶液绘制了Cu 2+浓度与吸光度的对应关系,如图12所示㊂不同反应时间条件下制备得到分子筛对CuSO 4溶液的吸附率如图13所示㊂对比图12和图13可知,水热反应3~18h 条件下制得的分子筛对CuSO 4吸附效果差异不大,10min 内吸附率分别高达66.9%㊁60.5%㊁69.7%㊁59.4%,而最终饱和吸附率分别为89.7%㊁89.2%㊁97.3%㊁82.2%,其对应的Cu 2+最终吸附量分别为179.4㊁178.4㊁196.4㊁164.4mg /g㊂结合XRD 物相分析,由于形成分子筛晶体需要过饱和的硅铝酸盐凝胶,且碱熔过程中未反应的CGFS 也具有部分孔道结构,10min 内较高的吸附率可能归功于未反应硅铝酸盐凝胶的聚沉作用和未反应CGFS 的孔道吸附㊂10min 后分子筛对Cu 2+的吸附为主要因素,由于水热反应6h 的分子筛晶体刚刚长成,表面通道还未完全打开,表面附着的较小菱沸石导致第6期徐啟斌等:煤气化渣合成4A 分子筛及其吸附性能研究2259㊀部分4A 分子筛通道堵塞,使吸附速率较慢;水热反应12h 的分子筛结晶性较好,且晶体结构比较完整,对Cu 2+的吸附效果最好,最高吸附率达97.3%,吸附量可达196.4mg /g㊂而水热反应3和18h 产物中均没有检测到晶态物质,水热反应3h 产物具有高吸附率可能是由于分子筛还处于形核阶段,内部的微型孔道暴露在外,减少了离子迁移的距离,反而使其吸附率较高;水热反应18h 时分子筛已全部分解成无定形硅铝酸盐聚合体,吸附性较差㊂图12㊀Cu 2+浓度与吸光度的对应关系Fig.12㊀Relationship between the concentration of Cu 2+solution andabsorbance 图13㊀不同水热时间条件下分子筛对Cu 2+的吸附率Fig.13㊀Adsorption rates of Cu 2+on molecular sieve under different hydrothermaltime图14㊀100ħ下水热12h 下制备样品的氮气吸脱附曲线和孔径分布Fig.14㊀N 2adsorption and desorption curves and particle distribution of sample preparation at 100ħfor 12h ㊀㊀为进一步分析制备分子筛的孔道结构和吸附机理,对100ħ水热反应12h 下制备的样品进行比表面积(BET)测试㊂图14为100ħ下水热12h 下制备样品的氮气吸脱附曲线和孔径分布㊂图14(a)为N 2吸脱附曲线㊂由图14(a)可知,N 2吸脱附曲线属于典型Ⅲ型等温线,这结果表明产物中存在多孔结构,对吸附物N 2表现出微弱的物理吸引力㊂在低压区时,77K 下分子筛对N 2的物理吸收量很少,因此等温线不显示孔隙结构;在高压区时,N 2分子填充到分子筛的介孔中,吸附体积逐渐增大㊂样品吸附-脱附曲线重合,说明样品孔径分布较均匀㊂计算的比表面积为117.07m 2/g;再根据BJH 脱附模型计算其孔径分布,可知样品主要含有大量微孔和介孔,如图14(b)所示,平均孔径为25.5nm,由于Cu 2+直径为0.146nm,由孔径分布曲线可知,样品孔径在微孔区分布最多,故对Cu 2+有较大吸附容量,其值高达196.4mg /g㊂3㊀结㊀论本文以煤气化渣为原料,经过碱熔活化后水浸处理,然后采用一步水热法成功制备出结晶完整的4A 分子筛,研究了反应时间㊁反应温度和老化时间对制备4A 分子筛的影响,并测试了不同水热时间制备的分子筛对Cu 2+的吸附性能,获得如下结论:2260㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷1)水热温度太低(80ħ)不能满足合成分子筛的热力学条件,水热温度为100ħ时可以得到结晶程度和表面形貌较好的4A分子筛,但升高温度至120~140ħ时,4A分子筛有自发向更稳定的方钠石转化的趋势㊂2)水热反应时间太短(3h)或过长(18h)都不能得到4A分子筛晶体㊂水热反应3h时菱沸石处于形核阶段,3~6h首先出现菱沸石晶体;6~12h时菱沸石开始分解,4A分子筛以菱沸石为晶核重新形核长大,到12h时可以得到结晶度高㊁形貌结构完整的4A分子筛晶体㊂3)老化过程有助于4A分子筛的合成,碱熔活化后的硅酸盐溶液在老化时,经过缩聚反应形成合成分子筛必需的次级结构基元,在老化时间较短时P1分子筛首先在气化渣碎块边缘形核结晶,经过长时间老化后P1分子筛晶核溶解释放更多有序硅铝酸盐聚合体片段,为4A分子筛形核长大提供了构筑单元,从而促进P1分子筛向4A分子筛的转化㊂4)分子筛对溶液中Cu2+的吸附试验表明,吸附反应主要发生在前10min,100ħ水热反应12h时合成的4A分子筛对Cu2+的吸附效果最好,最高吸附率达97.3%,饱和吸附量达196.4mg/g㊂BET测试表明该分子筛比表面积为117.07m2/g,含有大量微孔和介孔,平均孔径为25.2nm㊂参考文献[1]㊀ZHOU J M,ZHENG F,LI H,et al.Optimization of post-treatment variables to produce hierarchical porous zeolites from coal gangue to enhanceadsorption performance[J].Chemical Engineering Journal,2020,381:122698.[2]㊀徐如人,庞文琴,霍启升,等.分子筛与多孔材料化学[M].2版.北京:科学出版社,2015:58-159.XU R R,PANG W Q,HUO Q S,et al.Chemistry of molecular sieves and porous materials[M].2nd ed.Beijing:Science Press,2015:58-159 (in Chinese).[3]㊀MUSYOKA N 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《等离子体炬辅助煤气化研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和传统能源的逐渐减少，寻求清洁、高效的能源转化技术成为了全球科学研究的重点。
等离子体炬辅助煤气化技术作为一项新兴的能源转换技术，其具有高温、高能量密度等特点，为煤气化过程提供了新的可能。
本文旨在探讨等离子体炬在煤气化过程中的作用机制，以及其在工业应用中的潜在价值。
二、等离子体炬技术概述等离子体炬是一种利用电能将气体电离产生高温等离子体的装置。
在等离子体状态下，气体分子被部分或完全电离，形成高能、高活性的粒子，这些粒子在高温下具有极强的化学反应能力。
等离子体炬因其高温、高能量密度等特点，在许多工业领域中得到了广泛应用。
三、等离子体炬辅助煤气化原理等离子体炬辅助煤气化技术是通过将等离子体炬引入煤气化过程中，利用其高温和高能量密度来促进煤气化反应。
在等离子体环境下，煤中的有机物质能够更快地进行热解和气化反应，生成富含氢气、一氧化碳等可燃气体的合成气。
同时，等离子体还能有效地破坏煤中的有机键，提高煤的气化效率。
四、实验研究为了深入研究等离子体炬辅助煤气化的机制和效果，我们进行了一系列实验。
实验采用不同种类的煤样，通过调整等离子体炬的功率和温度等参数，观察煤气化过程中的反应变化。
实验结果表明，等离子体炬的引入能够显著提高煤气化反应的速度和效率，同时还能改善气化产物的品质。
五、应用前景等离子体炬辅助煤气化技术在工业应用中具有广阔的前景。
首先，该技术能够有效地处理各种类型的煤，提高煤的气化效率和产物的品质。
其次，该技术能够在较低的温度下实现高效的煤气化反应，降低了能源消耗和环境污染。
此外，该技术还可以与其他清洁能源技术相结合，如二氧化碳捕集与封存技术等，实现能源的可持续利用。
六、挑战与展望尽管等离子体炬辅助煤气化技术具有诸多优势，但其在实际应用中仍面临一些挑战。
首先，如何实现等离子体炬的高效稳定运行，避免设备损坏和能源浪费是亟待解决的问题。
其次，该技术在实际应用中还需要考虑与其他工艺的衔接和整合问题。
第22卷第5期洁净煤技术Vol.22No.52016年9月Clean Coal TechnologySep．2016燃煤锅炉低氮燃烧稳定性试验研究王承亮1，谭厚章2（1．华电国际技术服务中心，山东济南250014；2．西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西西安710049）摘要：针对某300MW 燃煤锅炉低氮燃烧改造后频繁出现锅炉灭火现象，开展了冷态动力场和燃烧调整试验研究。
试验发现，锅炉配风不合理和一次风浓侧反切角偏大引起锅炉热态动力场旋转动量降低，是造成锅炉燃烧稳定性降低与炉内灭火的主要原因。
重点针对锅炉配风方式和一次风浓侧反切角优化改进等进行研究，并分析了热态动力场旋转动量减小导致锅炉稳定性降低的影响机理，提出优化改进锅炉燃烧稳定性的设备改进和运行优化方案。
方案实施改进后，锅炉燃烧稳定性明显提高，至今未发生锅炉灭火事故，研究对未来锅炉低氮燃烧改造与机组安全经济运行具有借鉴和指导作用。
关键词：燃煤锅炉；低氮燃烧；旋转动量；燃烧稳定性；灭火中图分类号：TM621.2文献标志码：A 文章编号：1006－6772（2016）05－0123－04Low nitrogen combustion stability of coal －fired boilerWANG Chengliang 1，TAN Houzhang 2（1．Huadianguoji Technical Service Center ，Jinan250014，China ；2．MOE Key Laboratory of Thermo －Fluid Science and Engineering ，Xi ＇an Jiaotong University ，Xi ＇an710049，China ）Abstract ：The extinguishment was frequently occurred in a 300MW coal －fired boiler with low nitrogen combustion reformation．Testing in-vestigation was performed to analyze the reasons．It was found that unreasonable air distribution and the larger reverse tangent angle of pri-mary air decreased the rotation momentum of thermal primary air．It also was the main reason for combustion stability decrease and extin-guishment in boiler．Therefore ，the research on optimization of air distribution mode and reverse tangential angle were carried out to analyze the influence mechanism of decreasing rotation momentum thermal dynamic field on combustion stability．The operation optimization and improvement scheme was proposed for enhancing the combustion stability for boiler．The boiler combustion stability was improved obviously through the operation optimization and improvement scheme．The research results could provide some reference and guidance for operating economically and low nitrogen combustion reformation．Key words ：coal －fired boiler ；low nitrogen combustion ；rotation momentum ；combustion stability ；extinguishment收稿日期：2016－02－04；责任编辑：孙淑君DOI ：10．13226/j．issn．1006－6772．2016．05．024作者简介：王承亮（1971—），男，山东淄博人，高级工程师，从事节能技术研究和火力发电厂节能剖析诊断工作。
《等离子体炬辅助煤气化研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和传统能源的日益枯竭，煤气化技术作为一种高效、清洁的能源转换方式，正受到越来越多的关注。
近年来，等离子体炬技术因其独特的物理和化学特性，在煤气化领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨等离子体炬辅助煤气化的技术原理、实验过程及结果分析，以期为相关研究提供参考。
二、等离子体炬技术概述等离子体炬是一种利用电能将气体转化为高温、高能态的等离子体的装置。
其工作原理是通过高电压、大电流的电弧放电，使气体分子发生电离，形成包含大量高能粒子的等离子体。
这种高能态的等离子体具有极高的温度和化学活性，可以有效地促进煤气化过程。
三、等离子体炬辅助煤气化技术研究1. 技术原理等离子体炬辅助煤气化技术是利用等离子体炬产生的高温、高能态的等离子体，对煤进行加热和气化。
在等离子体的作用下，煤中的有机物发生裂解、气化、燃烧等反应，生成合成气、焦炭等产物。
这一过程具有高效、低耗、环保等优点。
2. 实验过程（1）材料准备：选取不同种类的煤作为实验原料，进行粉碎、筛分等预处理。
（2）实验装置：搭建等离子体炬辅助煤气化实验装置，包括等离子体炬、反应室、气体收集系统等。
（3）实验操作：将预处理后的煤样放入反应室，通过等离子体炬产生的高温等离子体对煤样进行加热和气化，收集反应产物。
四、结果分析1. 产物分析通过对收集到的产物进行化学分析和物理测试，发现等离子体炬辅助煤气化技术可以有效地提高煤的气化效率和产物品质。
在相同的条件下，与传统的煤气化技术相比，该技术可以获得更高的合成气产率和更低的焦炭产率。
2. 反应条件分析实验还发现，等离子体炬的功率、煤种、气氛等因素对煤气化过程和产物分布具有重要影响。
通过调整这些参数，可以进一步优化煤气化过程，提高产物的品质和产率。
五、结论与展望本文通过对等离子体炬辅助煤气化技术的研究，发现该技术具有高效、低耗、环保等优点，可以有效地提高煤的气化效率和产物品质。
