优化级配制备高性能水—煤—半焦浆及其在煤化工废水处理中的应用

发布时间：2020-05-15 06:06

【摘要】：煤炭分质利用是洁净煤技术的重要发展方向,具有广阔的前景,但是会产生大量的副产物——半焦和废水。如何简单高效地处理半焦和废水是煤炭分质利用领域亟待解决的问题。本论文利用水煤浆技术将半焦制成浆体燃料和化工原料,可以实现半焦的大规模资源化利用。但是由于半焦堆积密度低、粒度分布窄,制备高浓度水-半焦浆的难度较大。分别将煤粉和半焦浆作为粗粉和细浆通过优化级配制备水-煤-半焦浆,可以显著提高浆体浓度等性能,使其能够满足气化用水煤浆的要求。采用萘磺酸甲醛共聚物钠盐作为制备水-煤-半焦浆的添加剂,随着添加量的增加,浆体定粘浓度逐渐升高;当添加量在0.6wt%左右时,添加剂在煤和半焦颗粒表面的吸附达到饱和,再增加添加量浓度基本不变。对粗粉细浆的最优干基质量比进行探究后发现,煤/半焦干基质量比越大,制得的水-煤-半焦浆定粘浓度越高,但是流动性和稳定性随之变差;在确保良好的流动性和稳定性的前提下,煤/半焦最佳干基质量比约为7:3,此时定粘浓度可以达到64.11wt%。对粗粉细浆的最优粒径比进行探究后发现,半焦浆磨制时间越长,与煤粉级配后的定粘浓度先升高后略有下降,半焦和煤的平均粒径之比在0.07左右时成浆浓度最高。此外,煤粉粒度分布越宽,制得的水-煤-半焦浆定粘浓度越高,颗粒分形维数越大,因此级配效果越好。与非级配制浆的性能进行比较,结果表明:优化级配制浆相对浓度可以提高10%以上;级配制浆的Zeta电位绝对值有了显著提高,意味着颗粒之间的静电斥力更大,再加上流动屈服应力增大,因此静态稳定性更好。湿磨制浆实验表明,粗颗粒煤粉可以起到支撑浆体的作用,阻碍细颗粒半焦的团聚和沉降,因此浆体中的粗颗粒对浆体静态稳定性有重要的影响。实验制得的水-煤-半焦浆表现出伪塑性流体的流变特性,表观粘度随剪切率的升高而降低,便于储存和管道运输。煤炭分质利用的另一个副产物——煤化工废水,由于成分复杂、对环境危害大,因此处理起来工艺复杂、成本高。如果直接用作制备水煤浆的原料,会导致制浆浓度降低。本论文以煤化工废水为制浆原料,利用半焦的吸附作用,有效缓解了废水对制浆浓度的不良影响,同时减少了废水的有害气体对周围大气环境的污染。采用萘磺酸甲醛共聚物钠盐、磺化丙酮-甲醛缩合物、木质素磺酸钠以及由萘磺酸甲醛共聚物钠盐与甲基丙烯酸-丙烯磺酸钠共聚物复配的添加剂分别制备废水-半焦浆和废水-煤-半焦浆,复配型添加剂制得的浆料定粘浓度最高,稳定性最好。分别选取煤和半焦的粗粉和细浆作为原料混合制浆,结果表明,将粒度分布差异较大的煤粗粉与半焦细浆混合制浆级配效果最好,定粘浓度可以达到62 wt%以上。用小型球磨机模拟工业制浆实验发现,煤和半焦的可磨性差异越大,实际制浆浓度比预计浓度相对提高得越多,粒度分布也越宽。废水的加入会降低水煤浆的定粘浓度,但是对水-煤-半焦浆的定粘浓度几乎没有影响。经半焦吸附后的废水(半焦和废水的质量比为1:5),其紫外-可见吸收光谱的吸光度下降了70%以上。对充分吸附废水后的半焦进行热重分析,结果表明,半焦能够吸附自身质量0.6%的有机物。本论文有助于实现半焦和煤化工废水的高效处理和资源化清洁利用,对工业生产高性能水-煤-半焦浆和废水-煤-半焦浆具有较大的参考价值。
【图文】：

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第一章绪论逡逑能源状况逡逑富煤、贫油、少气的发展中大国。根据英国石油公司在２０１８Ｐ世界能源统计年鉴》我国石油探明储量约为３５亿吨，占；天然气探明储量约为５．５万亿立方米，占世界总量的２．８％；为１３８８亿吨，占世界总量的１３．４％。根据国家统计局发布的数国能源生产总量约为３５．９亿吨标准煤，其构成如图１－１所示；．９亿吨标准煤，其构成如图１－２所示。从这些数据可以看出，“现阶段能源结构的特点。基于这一现状，在未来相当长的一段时间国能源中的主体地位不太可能发生变化。逡逑

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图１－４半焦的表面形貌逡逑１．３．２半焦的用途逡逑半焦的用途非常广泛，除了图１－３所示的几种方式，还可以利用半焦比表面逡逑大、化学活性好等优点，用它作为某些反应的催化剂和热载体。Ｘｉａｏ－ＨｃｍｇＬｉ等逡逑［３４］研宄了作为热载体的半焦在神东长焰煤（ＳＤ）热解煤焦油裂解中的催化作用，逡逑选择从四种不同的煤热解产生的半焦作为调查样品，并以石英砂作为参考，结果逡逑表明，四种半焦具有较好的催化裂解作用。与石英砂相比，半焦裂解的产率较低，逡逑但是焦油中的气体产率和轻油馏分较高。半焦的催化裂化效果与其物理性质和无逡逑机物种类打关，而且后荇比前者具有更大的影响。循环实验表明半焦的产物分布、逡逑气体组成和Ｈ化反应性在ＳＤ半焦循环过程中变化不大，这意味着ＳＤ半焦催化逡逑性能比较稳定。选择ＳＤ半焦作为热载体研究其与实际操作类似的快速传热过程逡逑中的催化活性。结果表明，与石英砂相比，，ＳＤ半焦催化裂解的产率较高，正己逡逑烧可溶性较低。Ｓｏｎｇ邋Ｄｉｎｇ等［３；＞］为降低基于碳基材料的烟气净化技术的运行成本
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ536;X784

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