污水污泥與高灰熔點煤制備水煤漿及氣化實驗研究.pdf

1、城市污水污泥（以下簡稱污泥）作為城市污水處理廠的主要副產(chǎn)物之一，其無害化的處置及資源化利用是不可回避的問題。我國每年干污泥產(chǎn)量已經(jīng)超過1800萬噸，因其高水分、高灰分和低熱值的特性，不能單獨作為能源利用，需要與煤等其他能源混合加以利用。我國未來50年的一次能源消費仍然以煤炭為主，而高灰熔點煤占煤炭儲量和產(chǎn)量的一半以上，由于其灰熔融溫度過高(FT＞1500℃)，不能單獨應用于以氣流床煤氣化技術(shù)為核心的新型煤化工領域?；谖勰嘀泻休^高的堿

2、金屬和堿土金屬元素，若能實現(xiàn)污泥與高灰熔點煤混合制備合格的水煤漿，既可以使污泥得到資源化利用（替代部分用煤和用水），還能有效降低高灰熔點煤的灰熔融溫度，使之可以有效應用于水煤漿氣流床氣化工藝。
　　本研究選用以淮南煤（采自淮南潘二礦）為代表的高灰熔點煤和取自淮南首創(chuàng)第一污水處理廠的污泥為主要研究對象，在對煤和污泥樣品基本特性分析的基礎上，考察了污泥添加量對高灰熔點煤水煤漿成漿特性的影響，對污泥水煤漿進行了灰熔融溫度、灰化學成分（X

3、RF）、灰的礦物組成(XRD)以及Zeta電位和SEM-EDX的測試分析，并使用熱重-紅外聯(lián)用分析儀和自制石英彈簧熱天平開展了污泥水煤漿的CO2氣化特性試驗研究，同時，利用Aspen Plus軟件對高灰熔點煤污泥水煤漿氣化過程進行了模擬研究和經(jīng)濟性分析，得到以下主要結(jié)論:
　　淮南煤灰化學組成中的硅鋁含量高達90％，堿金屬和堿土金屬含量很低（其中CaO含量僅3％），使得淮南煤灰在高溫下形成熔融溫度很高的硅鋁酸鹽礦物質(zhì)（以莫來石為主

4、），從而導致淮南煤灰熔融溫度高于1500℃，故無法單獨應用于已經(jīng)商業(yè)化的氣流床氣化裝置中。污泥灰化學組成分析表明，高達40％的CaO含量源自其改性壓濾脫水的過程中添加的生石灰。
　　由灰熔融特性研究結(jié)果可見，污泥中富含的CaO與淮南煤灰中高含量的SiO2和A12O3相結(jié)合，生成熔融溫度較低的礦物（以鈣長石為主），有效阻止了高熔融溫度的硅鋁酸鹽礦物（以莫來石為主）的形成，從而降低了HN煤的灰熔融溫度。當污泥添加量達到16.7％（漿基

5、）時，流動溫度(FT)低于1350℃，此時可制得濃度為57％的污泥水煤漿。
　　污泥水煤漿制備結(jié)果表明，污泥水中的富含Ca2+，大幅降低了水煤漿的zeta電位，導致水煤漿黏度的增大，同時使定黏（1200mPa s）最大制漿濃度降低;污泥絮狀表觀形貌可以有效改善水煤漿的穩(wěn)定性;可以制得流動性和穩(wěn)定性、濃度均優(yōu)良的污泥水煤漿。
　　污泥水煤漿CO2氣化試驗數(shù)據(jù)顯示，污泥添加可降低了CO2氣化反應溫度，提高了CO2氣化反應速率，氣

6、化產(chǎn)物CO產(chǎn)率略有減少。
　　通過對污泥水煤漿氣化過程模擬可見，添加污泥可以使高灰熔點煤氣化溫度降低至1420℃（可以應用于水煤漿氣流床氣化爐），耗氧量減少18.1％，同時可處理進料量16.7％的污泥（替代相應量的煤炭消耗），耗水量卻減少19.9％，有效合成氣摩爾分率降低2.7％。
　　高灰熔點煤與城市污水污泥制備水煤漿及氣化實驗研究表明，通過降低淮南煤灰熔融溫度，使氣化溫度大幅降低，從而可以滿足水煤漿氣流床氣化爐的工藝要求