刘军硕士研究生开题报告讲义.ppt

Shell气化炉灰渣特性及应用开发研究 1 课题名称及来源 部分参考文献 * Laboratory of Ash Chemistry , Department of Chemical Engineering , AUST 硕士研究生选题报告会 * * 研 究 生：刘 军 指导教师：李寒旭 教 授 报告日期： 2013.3.18 主要内容 本课题创新点 研究内容与方法 国内外研究现状 选题背景、研究目的及意义 课题名称及来源 课题进展计划 课题名称：Shell气化炉灰渣特性及应用开发研究 课题来源：自选 洁净煤技术的发展不仅有利于我国发挥煤炭资源优势、提高能源效率，还有利于生产清洁能源、优化能源结构； 灰渣性质能够很好反映出气化炉运行工况； 煤化工迅猛发展，导致煤炭气化过程飞灰和灰渣排放量日益增多； 灰渣在建筑、建材、化学、污水处理工业中有广泛应用 ； 沸石作为干燥剂，吸附剂，离子交换剂、催化剂和传统水软化剂，已被广泛应用到各个工业领域中 。 2 选题背景、研究目的及意义 2.1 选题背景 2.2 研究目的 研究气化炉灰渣的主要物理及化学性质，探究灰渣在高温下热态行为，寻找灰渣与飞灰及煤灰之间关系； 以气化炉灰渣为主要原料合成沸石分子筛 2.3 研究意义 对灰渣理化性质分析能够为气化炉操作提供一定的理论指导意义。 以气化炉灰渣为主要原料合成沸石分子筛，为人工合成沸石找到了一种廉价的原料，可以节约化工原料，拓宽气化炉灰渣的应用范围，有利于资源的综合利用，还能实现变废为宝。 3 国内外研究现状 气化炉灰渣是气化过程的产物，它能很好反映出气化炉运行工况，能够为气化炉操作提供一定的参考价值，因此针对气化炉灰渣国内外学者做了大量的研究，主要围绕着灰渣物理性质、粘附沉积特性、流动特性、高温下热膨胀行为。 A.Acosta[1]等人对西班牙IGCC火力发电厂煤气化的粗渣的特性进行了研究，研究发现：渣样形态有平滑的表面和多孔的结构两种。颗粒表面的边缘部分存在狭窄的棱角，这些棱角的存在促进了渣样颗粒的熔融与烧结 。 Tadaaki Shimizu[2]的高温气化条件下熔融渣层表面捕捉颗粒的模型理论，熔融的渣层表面被未燃碳颗粒覆盖时，这些未反应的颗粒会对后来的颗粒产生排斥，直到颗粒充分反应，熔融成为液态，继续粘附未反应的颗粒。 Folkedahl等[3]研究了灰渣在不同气氛中的流动性，结果表明：在空气气氛下，灰渣的粘度与酸性氧化物的摩尔比率相关；在氢气气氛下，灰渣粘度变化与灰渣中铁含量有关；在空气和水蒸气混合气氛下，水蒸气可能会进入灰渣中破坏Si-O-Si桥键以及形成金属氢氧化物（如钾）的碱性阳离子配合物，使得灰渣粘度随着硅含量降低和钾含量增加出现升高。 M.Aineto[4]等人研究了高温下灰渣的热膨胀性，提出高温高压还原性性气氛下H2、N2、CO在熔融的玻璃渣中表现出很高的溶解性，并且在冷却的过程中这些气体会被保留在玻璃渣中；当温度接近软化温度时，不透明的玻璃体会产生晶相并且会释放出包裹的气体，进而加剧膨胀反应。 沸石分子筛可以作为吸附剂、催化剂或催化剂载体、离子交换剂、多孔结构，应用于分离、石油化工、环保及高科技领域。因此国内外学者对制备分子筛研究做了大量研究，主要以粉煤灰、高岭土、煤矸石、硅藻土、工业废渣、油页岩渣、伊利石等为原料，采用水热合成法成功制备了不同种类的沸石分子筛。 孔德顺[6]等人高铁高砂煤矸石为原料，将煤矸石低温焙烧、盐酸酸浸除铁、高温焙烧后再碱融活化获得了活性原料，采用水热晶化的方法，合成了粒度分布均匀，晶形完好4A沸石分子筛产品。 曾小强[5]等人将粉煤灰与碳酸钠混合焙烧生成硅酸钠和硅铝酸钠，结果发现：在碱溶过程中溶液中的硅铝存在过饱和现象，在过饱和期内实现固液分离，可提取粉煤灰中的硅铝用于合成X型、A 型、P型纯沸石产品。 C. V. Mcdaniel[7]以偏高岭土、水玻璃、NaOH为原料，加入晶化导向剂在100℃晶化15小时，成功合成出硅铝比为4.5～5.95的具有良好性能的Y型分子筛，把利用廉价矿物原料制取高硅型八面沸石的工作向前推进了一步。 Chaisena A[8]等人将硅藻土经过1100℃的高温酸化处理后，在不同条件下制得了NaP沸石分子筛。结果表明，产品的性能主要取决于固液配比、晶化温度和晶化时间。 4 研究内容与方法 分析Shell气化炉稳定运行期间采集灰渣的性质，主要包括：可燃物含量、晶体矿物组成、化学组成、表观形貌、熔融特性、粘温特性； 探究高温下灰渣热态行为，寻找灰渣与飞灰及煤灰的关系； 采用水热合成法制备沸石分子筛； 利用正交实验设计找出最佳的合成工艺技术参数； 对合成产品进行表征及性能测试 研究方法