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机械力改性强化煤系高岭土电选脱碳试验研究

煤炭学报 2023年第2期48卷 1006-1016页

作者：贺靖峰戴永平郭成静白强朱凌涛杨斌中国矿业大学煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

煤系高岭土的高效脱碳提质是后续深加工利用的前提和保障。通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)以及荷质比测试探究了机械力改性对煤系高岭土不同组分颗粒(高岭石和净煤)表面元素组成、官能团以及荷电性能的影响。在此基础上,采... 详细信息

煤系高岭土的高效脱碳提质是后续深加工利用的前提和保障。通过红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)以及荷质比测试探究了机械力改性对煤系高岭土不同组分颗粒(高岭石和净煤)表面元素组成、官能团以及荷电性能的影响。在此基础上,采用旋转摩擦电选试验研究了机械力改性对煤系高岭土脱碳效果的影响。研究结果表明:机械力改性能够改变高岭石和净煤颗粒表面元素以及官能团,引起高岭石和净煤颗粒表面荷电性能的变化。机械力改性能够使高岭石和净煤表面C—C基团含量升高、C—O基团含量降低、C=O基团或—COOH基团含量升高,强化了高岭石和净煤颗粒的摩擦荷电性能差异。机械力改性后,高岭石中Al和Si元素含量的减小,增加了其表面负电荷;净煤中C、Al和Si元素含量的增加以及O元素含量的减少,增加了其表面正电荷。随着机械力改性时间的增加,高岭石和净煤颗粒表面的荷质比呈现先减小后趋于稳定的趋势。当机械力改性时间为40 s时,高岭石与净煤颗粒具有较强的荷电能力,其中0.074~0.125 mm和0.125~0.250 mm净煤的荷质比分别为12.88 nC/g和13.16 nC/g,高岭石的荷质比为-5.41 nC/g,两者荷质比差值较大且稳定,有利于煤系高岭土的摩擦电选脱碳。在最佳试验条件下,经机械力改性后,0.074~0.125 mm与0.125~0.250 mm煤系高岭土脱碳效率分别为41.35%和37.17%,精矿产率分别为72.92%和77.05%,有用组分回收率分别达到82.27%和83.99%,实现了煤系高岭土的高效脱碳预富集。

关键词：摩擦电选煤系高岭石机械力改性荷质比脱碳性能

钾基吸收剂成型颗粒脱碳特性及模板改性机制研究

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钾基吸收剂成型颗粒脱碳特性及模板改性机制研究

作者：王鹏南京师范大学

学位级别：硕士

CO2减排是近十年来国际社会普遍关注的热点问题。钾基固体吸收剂烟气脱碳技术反应温度低、系统能耗小、循环性能好,是具有规模化捕集CO2应用潜力的技术之一。在循环流化床脱碳过程中,在机械应力和热应力作用下,钾基固体吸收剂面临着磨... 详细信息

CO2减排是近十年来国际社会普遍关注的热点问题。钾基固体吸收剂烟气脱碳技术反应温度低、系统能耗小、循环性能好,是具有规模化捕集CO2应用潜力的技术之一。在循环流化床脱碳过程中,在机械应力和热应力作用下,钾基固体吸收剂面临着磨损和扬析问题,这严重制约了该技术的工业化应用。脱碳性能和机械强度兼顾且可平稳流化的钾基固体吸收剂颗粒的制备是解决上述问题的关键。成型造粒是开发高强度耐磨损的固体CO2吸收剂颗粒的重要技术手段,但成型造粒会对吸收剂颗粒微观结构、脱碳性能和反应动力学特性产生重要影响。本文采用挤压-滚圆法对钾基固体吸收剂成型造粒,通过模板自牺牲法对成型颗粒进行扩孔改性,利用脱碳性能测试实验装置结合理化表征分析,研究了钾基吸收剂成型颗粒脱碳特性及模板改性机制。得到了以下主要结论:以K2CO3为活性组分,分别以活性氧化铝(A1203)、氢氧化铝结巴料(BAh)、高岭土(KC)以及铝酸钙水泥(CA)为载体,研制了 4种钾基吸收剂成型颗粒,并以尿素(UA)和TPR发泡剂作为模板材料,对K2CO3/A1203吸收剂颗粒进行了扩孔改性。采用精密压力试验机和脆碎度测试仪研究了成型颗粒及改性吸收剂的机械强度。结果表明:4种钾基吸收剂成型颗粒在4000转磨耗测试的磨损率均低于2%,且整体抗压强度较高;扩孔改性降低了 K2CO3/A1203颗粒的机械强度,但4000转磨耗测试的磨损率低于3%,抗压强度维持在20 MPa以上。利用自制的脱碳性能测试固定床实验装置、比表面积与孔隙率测定仪、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了载体种类、K2C03负载量、粒径尺寸以及锻烧温度对钾基吸收剂成型颗粒的脱碳性能及微观结构变化的影响规律,并研究了模板种类和掺杂比例对扩孔改性吸收剂颗粒脱碳性能的影响机制。结果表明:(1)K2CO3/Al203和K2CO3/BAh的脱碳性能和微观结构性质好,其脱碳能力分别为1.75和1.85 mmol CO2/g,比表面积分别为12和104 m2/g;K2CO3/KC和K2CO3/CA的脱碳性能和微观结构性质差,脱碳能力低于1.0 mmol CO2/g,比表面积低于5 m2/g。(2)随着K2CO3负载量由30增至70 wt%,K2CO3/Al2O3的比表面积由12降至3 m2/g,其脱碳能力呈先增加后降低的趋势,最佳负载量为50 wt%。(3)成型颗粒制备锻烧温度为200和300℃时,K2C03/Al2O3脱碳能力维持在2.3 mmol CO2/g;温度升至400和5000C时,其脱碳能力降低至1.18和0.46 mmol CC2/g;随着粒径尺寸由0.5增至3 mm,脱碳能力降低了 0.24 mmol CC2/g。(4)添加10 wt%的UA和TPR发泡剂改性后,K2CO3/Al2O3成型颗粒微观结构性质显著改善,脱碳量分别是改性前的1.69和1.19倍,UA的改性效果优于TPR发泡剂;随着UA掺杂比例由1增至15 wt%,K2CO3/Al2O3脱碳能力和比表面积均呈现增大趋势。基于准一级、准二级、Avrami、修正Avrami和失活动力学模型分别对钾基吸收剂成型颗粒和扩孔改性材料C02吸附进行了反应动力学分析,并推测了其脱碳反应机理。结果表明:(1)修正Avrami动力学模型与钾基吸收剂成型颗粒脱碳实验结果拟合度最高;扩孔改性的吸收剂颗粒脱碳反应动力学更符合失活反应模型。(2)K2CO3/Al2O3成型颗粒CO2吸附过程由内扩散和化学反应过程共同控制;扩孔改性改善了挤压-滚圆过程形成的致密结构,使活性组分分布和微观结构得到改善,从而提高了成型颗粒脱碳能力。

关键词：钾基吸收剂成型造粒 CO2捕集脱碳性能机械性能反应动力学

梯级分布静电场强化煤系高岭土脱碳预富集的试验研究

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梯级分布静电场强化煤系高岭土脱碳预富集的试验研究

作者：陈浩中国矿业大学

学位级别：硕士

煤系高岭土是一种重要的非金属矿产资源,在我国储量丰富。由于其含碳量较高,无法对其进行直接加工利用。传统的湿法加工工艺成本高,工艺复杂,相比于现已成熟的粗粒度级矿物的干法分选的流化床技术,旋转摩擦电选能够实现解离度更高的细... 详细信息

煤系高岭土是一种重要的非金属矿产资源,在我国储量丰富。由于其含碳量较高,无法对其进行直接加工利用。传统的湿法加工工艺成本高,工艺复杂,相比于现已成熟的粗粒度级矿物的干法分选的流化床技术,旋转摩擦电选能够实现解离度更高的细粒度级分离。然而,现有的静电场结构不能满足颗粒的高效精确分选需求。本论文设计了一种梯级分布静电场结构,适用于荷质比范围大的物料高效分选。采用数值模拟,研究了极板间距、极板角度和极板电压等参数对煤和高岭石颗粒在梯级分布静电场中偏移行为的影响规律。以偏移量和各集料槽内的荷质比范围为评价指标,对比两种梯级分布静电场结构的偏移效果。建立了梯级分布静电场电选系统,开展了不同粒度级煤系高岭土的分选试验,考察了不同操作参数（给料速度、转速、极板电压等）对煤系高岭土在梯级电场中脱碳性能的影响,实现了煤系高岭土的电选预富集。梯级分布静电场数值模拟的结果表明,Ⅰ型结构的电场强度的梯级分布较窄,A、B、C段电场强度仅能达到0.7?10～5～1.7?10～5、1.7?10～5～2.5?10～5、2.5?10～5～3.0?10～5V/m。而Ⅱ型结构场强梯级分布优势比Ⅰ型结构更明显,在极板间距为347 mm,极板角度为15°,A、B、C段电压梯度设置为20 k V且电压分别为-20、-40、-60k V时,各段场强分别为0～2.0?10～5、2.5～4.5?10～5、4.5～7.0?10～5V/m。煤和高岭石颗粒在Ⅱ型结构梯级静电场中偏移行为的分析结果表明,荷质比越高的偏转位移越大,1～7槽内荷电颗粒荷质比范围分别为18～14、12～6、4～2、1～-1、-2～-4、-6～-12、-14～-18 n C/g,荷电颗粒的偏移量范围为5～90 mm,有利于实现不同荷电颗粒的有效分离。此外,建立了颗粒荷质比关于偏移量的拟合方程x=-cln(（y-y）/b),预测了不同集料槽内颗粒的荷质比范围,且与高速动态系统分析的结果一致。煤系高岭土梯级摩擦电选的试验结果表明,适用不同粒度级煤系高岭土电选的A、B、C三段最佳极板电压分别为-20、-40、-60 k V。在给料速度12.49 g/min和摩擦介质转速315 rpm的条件下,0.5-0.25 mm煤系高岭土的脱碳效率为47.09%;在给料速度8.83 g/min和摩擦介质转速225 rpm条件下,0.25-0.125 mm煤系高岭土的脱碳效率为53.47%;在给料速度8.83 g/min和摩擦介质转速135 rpm条件下,0.125-0.074 mm煤系高岭土的脱碳效率为44.63%。总之,梯级摩擦电选实现了煤系高岭土的高效脱碳预富集。论文共包含82幅图,16个表,105篇参考文献。

关键词：煤系高岭土旋转摩擦电选梯级电场数值模拟脱碳性能

基于鼓泡流化床—输运床耦合反应器的连续脱碳—吸收剂再生热态试验研究

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基于鼓泡流化床—输运床耦合反应器的连续脱碳—吸收剂再生热态试...

作者：徐煜昊东南大学

学位级别：硕士

应对全球变暖,CO2减排问题是近十年来国际社会的一个关注热点。燃煤电站作为我国最主要的电力供应者的同时,也是最大的碳排放源,大力发展与其相适应的碳减排技术势在必行。燃烧后捕集技术由于设备组件开发、替换和升级基本不影响电厂自... 详细信息

应对全球变暖,CO2减排问题是近十年来国际社会的一个关注热点。燃煤电站作为我国最主要的电力供应者的同时,也是最大的碳排放源,大力发展与其相适应的碳减排技术势在必行。燃烧后捕集技术由于设备组件开发、替换和升级基本不影响电厂自身运行,可直接对现有电厂加以改造迅速投产,是一种可在短期内大幅降低电厂CO2排放量的技术方案。在众多的燃烧后捕集技术路线中,碱金属基固体吸收剂脱除CO2的技术以其与现有燃煤电厂兼容性好、吸收剂循环利用效率高、对设备无腐蚀、无二次污染等优点成为当前的研究热点之一并得到了长足的发展。但是目前基于该技术的各类连续脱碳-吸收剂再生反应装置及脱碳系统的设计仍不理想,一定程度上限制了碱金属基脱碳技术的商业化进程。针对该问题,本文自行设计并搭建了一种基于鼓泡床-输运床耦合反应器的新型连续循环脱碳实验系统,并在该系统上开展了基于钾基吸收剂连续脱碳-吸收剂再生热态实验的研究,具体研究内容和主要成果如下:自行设计并搭建了基于鼓泡流化床-输运床耦合反应器的新型连续循环脱碳实验系统,该系统可对物料循环量和气固接触时间实现独立、方便、灵活的调节,针对性地提高系统脱碳效率和吸收剂的利用率。探讨了该系统固体物料的循环特性,重点考察了碳酸化反应器的中心风量、鼓泡段流化数、鼓泡段静止床高对物料输送量的影响规律以及松动风、返料风、鼓泡段静止床高对U型阀返料量的影响规律。实验结果表明鼓泡段静止床高和中心风量均对物料输送量有较大影响,输送量随鼓泡段静止床高和中心风量的增加而增加,但中心风量增大到一定程度后,物料输送量的增加逐渐趋缓;而鼓泡段流化数对物料输送量的影响较小;另外,在对U型阀返料特性进行研究时发现,当U型阀返料室处于正常流化状态时,返料量对返料风的变化并不敏感,而松动风对返料量的影响极大,返料量随松动风的增大而呈线性增加,因此在对返料量进行调节时,可将松动风作为主要调节手段。基于KAl30吸收剂研究了反应条件对脱碳效率。系统连续脱碳特性的影响规律,考察了物料循环量、碳酸化反应器鼓泡段静止床高、碳酸化反应温度、再生反应温度以及水蒸气浓度对系统脱碳效率的影响。实验结果表明系统碳脱碳效率随吸收剂循环量及静止床高的增加而增加,当物料循环量及床高增加到一定程度,进一步增加床高或物料循环量,系统脱碳效率基本不变;当碳酸化反应温度在60～100℃的区间内变化时,系统脱碳效率受温度影响较小,表明KAl30吸收剂的碳酸化反应温度区间在该连续脱碳系统中得到一定程度的拓宽;提高再生温度可增加系统脱碳效率,但随温度的提高,系统脱碳效率的增加趋势趋缓,分析认为可以适当延长再生反应器中固体物料的停留时间以降低再生所需操作温度;水蒸气浓度对脱碳效率有较大影响,可通过适量增大水蒸气浓度进一步提高系统脱碳效率。最后,在对操作参数进行优化的基础上进行24小时连续脱碳-吸收剂再生实验,连续运行期间系统脱碳效率维持在80%以上并保持了良好的稳定性。24小时连续运行过程中,吸收剂的平均粒径从0.3 mm降低到0.275mm,粒径分布随时间的变化曲线显示了吸收剂的磨损主要发生在反应初期,之后平均粒径基本保持不变;而对吸收剂微观结构的表征结果表明,连续脱碳前后吸收剂保持了良好的结构稳定性,证明吸收剂具有良好的耐磨损特性。

关键词：碳捕集 K2CO3/Al2O3 鼓泡流化床-输运床耦合反应器碱金属基固体吸收剂脱碳性能

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煤层气变压吸附脱二氧化碳的实验研究

煤质技术 2020年第4期35卷 20-24页

作者：郭昊乾李小亮李雪飞煤炭科学技术研究院有限公司煤化工研究分院北京100013 煤基节能环保炭材料北京市重点试验室北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点试验室北京100013

利用变压吸附法分离煤层气中的二氧化碳,可促进中高浓度煤层气直接用于发电,从而提高煤层气的利用率。为验证自制分子筛吸附剂在煤层气脱碳实验中的效果,采用六塔变压吸附工艺,对含有二氧化碳的煤层气进行脱碳实验,并研究吸附压力和吸... 详细信息

利用变压吸附法分离煤层气中的二氧化碳,可促进中高浓度煤层气直接用于发电,从而提高煤层气的利用率。为验证自制分子筛吸附剂在煤层气脱碳实验中的效果,采用六塔变压吸附工艺,对含有二氧化碳的煤层气进行脱碳实验,并研究吸附压力和吸附时间对煤层气脱碳实验的影响,通过长周期连续实验验证自制吸附剂的工业应用前景。结果表明:在自制吸附剂的煤层气脱碳工艺中,增加吸附时间,吸附剂的脱碳性能先提高后下降,最佳吸附时间为180 s;提高吸附压力,吸附剂脱碳性能先提高后下降,最佳吸附压力为600 kPa。在最佳工艺条件下自制分子式吸附剂通过一次变压吸附过程可将煤层气中二氧化碳浓度降低至0.3%左右。

关键词：煤层气脱二氧化碳变压吸附工艺参数脱碳性能吸附压力吸附时间

松南气田MDEA脱碳溶液质量影响因素及改善方法

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油气田地面工程 2017年第5期36卷 47-50页

作者：刘欢中石化东北油气分公司

为解决松南气田脱碳装置因MDEA溶液质量制约装置处理能力的问题,选取MDEA溶液贫、富液酸气负荷增量作为评价指标,基于现场运行参数和实际生产情况进行计算分析,对MDEA溶液脱碳性能进行综合评价;并通过分析引起MDEA溶液变质、污染的原因... 详细信息

为解决松南气田脱碳装置因MDEA溶液质量制约装置处理能力的问题,选取MDEA溶液贫、富液酸气负荷增量作为评价指标,基于现场运行参数和实际生产情况进行计算分析,对MDEA溶液脱碳性能进行综合评价;并通过分析引起MDEA溶液变质、污染的原因及其影响,有针对性地提出改善措施,通过从源头减少污染、加强过滤脱除机械杂质和有机杂质、利用电渗析和离子交换树脂原理脱除无机离子和热稳定盐,可有效改善MDEA溶液质量,提升脱碳装置处理能力,保障脱碳装置平稳运行,为日常生产运行中有效控制和管理MDEA溶液质量提供必要的技术依据。

关键词： MDEA 脱碳性能评价影响因素措施