CN103224235B - 一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺及装置，生产具有一定脱硫性能的粉末状活性焦产品及还原性可燃气体，工艺采用20-500μm的煤粉为原料，在气流床快速反应炉中经1-60秒的停留时间制得脱硫用粉末状活性焦及副产品还原性气体。本发明有三个特点：一、可以直接利用锅炉燃用的煤粉制备脱硫活性焦，实现燃煤电厂脱硫剂的原位制备，降低活性焦的生产和运输成本；二、活性焦生产中产生的还原性可燃气体可作为再燃燃料送入锅炉，降低煤粉燃烧时氮氧化物生成量，提高整个工艺的能源效率；三、能够对二氧化硫回收并可将高浓度二氧化硫还原为单质硫，实现二氧化硫的资源化利用。

Description

一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种利用煤粉制备粉末状活性焦的工艺及装置，该粉末状活性焦是一种高效吸附剂，适用于干法脱硫工艺。
背景技术
目前国内外主要采用的脱硫工艺为钙系脱硫剂的湿法或半干法的烟气脱硫工艺。其特点是技术成熟可靠，脱硫效率高，原料易得。但是仍存在耗水量大、二次污染、投资高等缺陷。我国是世界上水资源严重缺乏的国家之一，特别是许多燃煤电厂处于水资源严重缺乏而煤炭资源丰富的西部地区，因此，耗水量大的湿法脱硫技术的推广应用受到很大的限制。另外，随着湿法及半干法脱硫技术的推广，需要开采大量石灰石作为脱硫剂，造成了当地大量的山体岩石被采光，需要到更远地方寻找新的石灰石资源，这样不仅增加了脱硫成本，而且对当地的生态环境造成严重破坏。
活性焦烟气脱硫技术是一种先进的干法烟气脱硫技术，脱硫效率高，脱硫过程中不使用水，无废水、废渣等二次污染问题。目前工业应用的活性焦为直径为5mm～8mm的柱状活性焦，但是存在制造工艺复杂、价格昂贵、机械强度较低、损耗大的问题，严重限制了活性焦脱硫技术在我国的应用，目前市场上德国的BF公司和日本的三井矿山生产的活性焦价格为每吨大约900～1000美元，国产活性焦产品价格为每吨大约3000～6000元。
国内对活性焦研究主要从活性焦原料及造粒技术方面入手来降低价格、提高机械强度，如申请号为01141393.X和2009100830478的中国专利申请，这些工艺虽然一定程度上提高了活性焦的性能、降低活性焦的生产成本，但是活性焦的主要成本在于活性焦成型造粒，因此现成技术仍未从根本上解决活性焦的生产成本高、制备工艺较复杂的问题。
发明内容
针对柱状活性焦存在的缺点和不足，本发明的提出了一种煤质粉末状活性焦制备工艺及装置，在电厂、钢厂等地直接利用锅炉燃烧用煤粉进行活性焦的制备。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
以煤粉为原材料，经与烟气快速反应制备脱硫用粉末状活性焦，具体步骤包括：从锅炉抽取温度为200-800℃的烟气作为携带煤粉用的给料风，送入气流床快速反应炉，与反应气混合快速反应后，经分离器分离，得到具有脱硫性能的粉末状活性焦及还原性可燃气体。
所述的煤粉为锅炉燃用的煤粉，煤粉的粒度为20～500μm。
所述反应气为烟气和水蒸气的混合物，或者氧气和水蒸气的混合物，或者烟气、氧气和水蒸气三者的混合物，反应气温度为500℃～1500℃。
所述煤粉在气流床快速反应炉内反应时间为1-60s，反应压力为常压。
所述反应气与煤粉的摩尔比为0.2-1.5。
所得还原性可燃气体包含一氧化碳、氢气、甲烷及乙烷。
一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的装置，所述装置的主体为气流床快速反应炉，所述气流床快速反应炉的炉体内层为耐火保温层，炉体的两侧对称分布有给料风喷口和反应气喷口，所述反应气喷口位于给料风喷口的上端，所述快速反应炉底部设有排渣口，上端为可燃气体与活性焦产品出口，出口设有分离器。
所述给料风喷口和反应气喷口位于气流床快速反应炉的下部。
所述分离器选用多级分离方式或布袋除尘器。
所述给料风喷口位于气流床快速反应炉的下部，所述反应气喷口位于气流床快速反应炉的中上部。
本发明以煤粉为脱硫用活性焦制备的原料，从锅炉抽取200℃-800℃烟气，对煤粉进行低温氧化，之后携带煤粉从快速反应炉侧墙喷嘴送入炉膛。反应气温度为500-1500℃，并包含有一定配比的氧气及烟气或者氧气、水蒸气或者三者混合物，通过调整气氛的配比可以控制反应温度。反应温度控制在500-1500℃范围内，由于煤粉的复杂多样性，具体需根据具体情况来进行调整。
煤粉输送阶段完成低温氧化，送入反应室后完成快速热解，挥发分及焦油析出，挥发分与焦油与反应气中的氧气发生反应释放出一定热量提升炉膛温度，并形成具有一定孔隙的半焦，半焦与反应气中的氧化性气体氧气、二氧化碳、水蒸气发生反应，对半焦进行进一步的开孔及扩孔，形成具有丰富孔隙结构的活性焦，并且产生具有一定浓度的还原性可燃气体，在快速反应炉内发生的主要反应包括：
C+CO2=2CO；
C+H2O=CO+H2；
C+O2=CO2；
2C+O2=2CO；
C+2H2=CH4。
本发明中煤粉快速反应制备脱硫用粉末状活性焦，将活性焦的制备工艺进一步简化，将占据活性焦主要生产成本的造粒成型工艺省去。同时本发明所采用的粉末状活性焦制备快速反应炉，由于其制备原料采用锅炉燃烧的煤粉，炉型简单，占地面积较小，因此可以直接在电厂或钢厂建设，实现活性焦的使用地原位制备，减少了大量的长途运输费用。这样不仅减少占地面积及生产成本，而且省去了运输成本，大大提高生产效率。
采用本发明提出的活性焦制备工艺具有良好的应用前景，由于使用的原料为煤粉，能够实现反应气体与原材料的充分接触，这样不仅大大缩短了反应时间，而且使最终产品粉末状活性焦达到性能稳定的目标成为可能；采用锅炉的过热蒸汽与烟气混合作为活化剂，明显提高反应效率，同时能够使装置系统得以简化。另外，采用这种快速反应炉进行活化加工时，可对产自活化反应过程的氢气、一氧化碳和甲烷等还原性气体进行有效回收并用作再燃燃料，降低锅炉内煤粉燃烧过程中氮氧化物生成，提高整个工艺的能源效率。
附图说明
图1本发明煤粉与反应气自快速反应炉底部送入炉内实施实例的示意图；
图2本发明煤粉与反应气不同位置分步送入炉内实施实例的示意图；
其中：1.气流床快速反应炉、2.耐火保温层、3.给料风喷口、4.排渣口、5.反应气喷口、6.炉渣、7.可燃气体、8.粉末活性焦、9.旋风分离器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
结合附图1，本实施实例中，所采用的原料煤为隆德烟煤，煤粉平均粒径为75μm。使用的气流床快速反应炉1的炉体内层为耐火保温层2，反应压力为常压。具体步骤为：
一、从气流床快速反应炉1的尾部烟道中由风机抽取温度为300℃的低温烟气，携带由煤粉仓流出的煤粉经给料风喷口3送入气流床快速反应炉1，煤粉在输送过程中完成低温氧化。
二、反应气为锅炉中抽取的温度为900℃的烟气以及空气预热器出口200℃热风混合物，混合物温度为800℃。反应气经反应气喷口5送入反应室内，为粉末活性焦的制备提供反应气氛。
三、煤粉颗粒随气流流动并在气流床快速反应炉1内完成热解及活化后形成具有一定性能的粉末状活性焦及可燃气体，之后气流进入旋风分离器9，在旋风分离器中完成气固分离，得到可燃气体7及平均比表面积为100～300m2/g的粉末状活性焦8。可燃气体7可送入锅炉炉膛用作点火用气体，或者送入炉膛上部燃烧，形成一个还原性气氛，减少NOx的生成量。
反应过程中生成的炉渣6从排渣口4排除。
实施例2
结合附图2，本实施实例中，所采用的原料煤为隆德烟煤，煤粉平均粒径为75μm。使用的气流床快速反应炉1的炉体内层为耐火保温层2，反应压力为常压。具体步骤为：
一、从气流床快速反应炉1的烟道中由风机抽取温度为700℃的低温烟气，携带由煤粉仓流出的煤粉经给料风喷口3送入气流床快速反应炉1，煤粉在输送过程中完成低温氧化。
二、反应气为锅炉中抽取的温度为1000℃的烟气与过热水蒸气及热风的混合物，混合物温度为850℃。反应气自反应室中上部经反应气喷口5送入反应室内，实现挥发分的燃烧，再次提高反应室温度，同时对煤粉进行活化，粉末活性焦的制备提供反应气氛对煤粉活化。
三、煤粉颗粒随气流流动并在气流床快速反应炉1内完成热解及活化后形成具有一定性能的粉末状活性焦及可燃气体，之后气流进入旋风分离器9，在旋风分离器中完成气固分离，得到可燃气体7及具有一定比表面积的粉末状活性焦8。可燃气体7可送入锅炉炉膛用作点火用气体，或者送入炉膛上部燃烧，形成一个还原性气氛，减少NOx的生成量。
反应过程中生成的炉渣6从排渣口4排除。

Claims (3)

1.一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺，其特征是，以煤粉为原材料，经与烟气快速反应制备脱硫用粉末状活性焦，具体步骤包括：从锅炉抽取温度为200-800℃的烟气作为携带煤粉用的给料风，送入气流床快速反应炉，与反应气混合快速反应后，经分离器分离，得到具有脱硫性能的粉末状活性焦及还原性可燃气体；
所述反应气为烟气和水蒸气的混合物，或者氧气和水蒸气的混合物，或者烟气、氧气和水蒸气三者的混合物，反应气温度为500℃～1500℃；
所述煤粉在气流床快速反应炉内反应时间为1-60s，反应压力为常压；
所述反应气与煤粉的摩尔比为0.2-1.5；
制备脱硫用粉末状活性焦的装置的主体为气流床快速反应炉，所述气流床快速反应炉的炉体内层为耐火保温层，炉体的两侧对称分布有给料风喷口和反应气喷口，所述反应气喷口位于给料风喷口的上端，所述快速反应炉底部设有排渣口，上端为可燃气体与活性焦产品出口，出口设有分离器；
所述给料风喷口和反应气喷口位于气流床快速反应炉的下部；
所述分离器选用多级分离方式或布袋除尘器。
2.根据权利要求1所述的一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺，其特征是，所述的煤粉为锅炉燃用的煤粉，煤粉的粒度为20～500μm。
3.根据权利要求1所述的一种利用煤粉快速制备脱硫用粉末状活性焦的工艺，其特征是，所得还原性可燃气体包含一氧化碳、氢气、甲烷、乙烷。
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