石炭ガス化固形残渣中の炭素形態と元素組成の評価と石炭地質学的観点からの利用可能性

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Waste Manag.2020 Jul;114:287-298. S0956-053X(20)30347-0. doi: 10.1016/j.wasman.2020.06.037.Epub 2020-07-16.

石炭ガス化固形残渣中の炭素形態と元素組成の評価と石炭地質学的観点からの利用可能性

Evaluation of carbon forms and elements composition in coal gasification solid residues and their potential utilization from a view of coal geology.

Xin Guo
Yuegang Tang
Yafeng Wang
Cortland F Eble
Robert B Finkelman
Peiyang Li

PMID: 32683244 DOI: 10.1016/j.wasman.2020.06.037.

抄録

中国での石炭ガス化技術の発展に伴い、その結果生じる固体副産物は環境および経済的な問題となる可能性がある。本研究では、中国の3つの先進的な商業規模のエントレインフローガス化プラントから得られた石炭ガス化固体残渣の炭素形態と元素組成を原料石炭の特性と関連させて評価し、その潜在的な利用可能性を議論する。3つのエントラントフローガス化プロセスの残渣の特性は、原料炭の特性が似ているにもかかわらず、適用されたプロセスの種類によって異なっていた。8種類の炭素形態が確認された。高不活性炭を原料とした場合，General Electric社の微粒残渣(GE-FR)を除き，フージナイト様炭素が主な炭素形態であった．Opposed Multi-Burner (OMB) 石炭水スラリーガス化炉とGaskombiant Schwarze Pumpe (GSP) 微粉炭ガス化炉から生成された粗残渣 (CR) の炭素含有量は同程度で、2% (C) 未満であったが、OMB-CR サンプルからは「黒い粒子」として存在する炭素含有量が高い (79.90%, C) が濃縮されていた。フーリエ変換赤外分光法(FTIR)分析の結果、OMB-CR中のフージナイト様物質の主な官能基はメチル(CH-)であることがわかった。化学組成の観点からは、GE残基中のFOとCaOの割合が高いことから、高鉄や高Caの供給源となる可能性がある。残留物中のIn, Ga, Sb, Cs, Cr, Ba及び希土類元素の濃度が比較的高いことから、重要な微量元素の抽出のための原料としての可能性がある。

As the development of coal gasification technology expands in China, the resulting solid by-products can become environmental and economic concerns. Evaluation of carbon forms and elemental composition in coal gasification solid residues from three advanced commercial-scale entrained-flow gasification plants in China related to feedstock coal properties are studied and their potential utilization is discussed in the present study. The properties of the residues of the three entrained-flow gasification processes differed as a result of the type of process applied, even though the properties of their feedstocks are similar. Eight types of carbon forms were identified. The high-inertinite feedstock resulted in a fusinite-like carbon being the primary carbon form of the residues, except for the General Electric fine residue (GE-FR) sample. The carbon contents of the coarse residues (CRs) produced from the Opposed Multi-Burner (OMB) coal-water slurry gasifier and the Gaskombiant Schwarze Pumpe (GSP) pulverized coal gasifier are comparable, lower than 2% (C), but a high content of carbon present as "black particles" (79.90%, C) was concentrated from the OMB-CR sample. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analyses indicate that the main functional group of the fusinite-like material in OMB-CR is methyl (CH-). From the chemical composition point of view, the high proportions of FO and CaO in the GE residues make them potential sources of high-Fe or high-Ca material. The relatively high concentrations of In, Ga, Sb, Cs, Cr, Ba, and rare earth elements in the residues make them potential raw materials for extracting critical trace elements, especially the OMB-FR and GSP-FR samples for extracting Ga.