CN104208998B

CN104208998B - 一种具备脱硫效果的煤混合物及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104208998B
Application number: CN201410432456.5A
Authority: CN
Inventors: 由长福; 赵硕
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-08-28
Also published as: CN104208998A

Abstract

一种具备脱硫效果的煤混合物及其制备方法和应用，涉及清洁煤技术领域。本发明的特点是采用块状石灰原料、煤颗粒与水按照一定比例进行混合，将块状石灰破碎成超细的氢氧化钙颗粒，并附着于煤颗粒表面及内部孔隙，通过降低水分后制备得到具备脱硫效果的煤混合物，可直接作为煤的加工与利用原料。采用该方法，不仅可以显著提高煤的自脱硫效率及脱硫剂的利用率，且简化了脱硫剂加入到煤利用装置的过程，减少了脱硫设备的投资与使用费用。

Description

一种具备脱硫效果的煤混合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种减少煤利用过程中硫氧化物排放的技术，特别涉及一种具备脱硫效果的煤混合物及其制备方法和应用，属于清洁煤技术领域。

背景技术

煤利用所产生的污染物是造成生态环境破坏的最大污染源，已经成为了全球空气污染治理的当务之急。针对煤利用过程中所产生的硫氧化物的脱除问题，目前主要采用煤利用后进行烟气处理的方式进行，例如湿法、半干法或者干法脱硫技术，其优点是脱硫效率高，但存在投资和运行费用高、占地面积大等一系列问题。一般而言，煤中含有的碱金属元素在煤利用过程中具有一定的脱硫效果，即煤的自脱硫效果。但是，由于碱金属元素在煤中的含量比较低，造成煤的自脱硫效率比较低。提高煤的自脱硫效率是减少煤利用后烟气处理方法带来的投资运行费用与占地问题的重要途径。

为提高煤的自脱硫效率，不仅需要增加煤中所包含的脱硫剂含量，同时还需要考虑脱硫剂的反应特性，尤其是脱硫反应为气固反应，其关键控制步骤为气体的扩散过程，因此有必要从减小颗粒粒径方面采取措施。其主要原因是脱硫剂颗粒的粒径较大，导致脱硫剂的反应活性较低。因为SO₂与脱硫剂的反应主要发生在脱硫剂颗粒表面，脱硫剂颗粒粒径越大，其比表面积越小，脱硫剂与SO₂的接触几率越小，从而导致脱硫剂的钙利用率和系统脱硫效率低。目前国际上在型煤制备过程中，多会考虑添加Ca、Mg元素，以提高其利用过程中的自脱硫效率。现有技术在提高煤自脱硫效率的效果上仍存在一定的局限，尤其是所加入的脱硫剂粒度较大，造成脱硫剂的利用率较低。由上可见，开发一种具有较高脱硫效果的煤混合物以及制备方法，对清洁煤技术发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有煤利用过程中脱硫环节脱硫剂利用率低、设备与运行投入大的问题，提出了一种具备脱硫效果的煤混合物及其制备方法和应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具备脱硫效果的煤混合物，其特征在于，该混合物的组分及质量百分比含量为：

氢氧化钙 2～40％，

原煤 50～95％，

其余水和杂质；

所述氢氧化钙颗粒平均粒径为0.1μm～30μm，原煤平均粒径为0.05mm～5mm。

本发明提供的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)将平均粒径为5mm～50mm的块状石灰倒入水中，石灰与水的质量比例为1:2～1:20,制备得到石灰浆液，保持浆液静置状态，使块状石灰和水充分反应；

2)将平均粒径为0.05mm～5mm的煤与石灰浆液均匀混合，煤与块状石灰的质量比为1:1～10:1，得到煤与石灰浆液混合物；

3)降低煤与石灰浆液混合物中的水分，制备得到具备脱硫效果的煤混合物。

本发明所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于：所述的块状石灰中CaO含量至少为80％。

本发明所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于：所述的石灰浆液静置时间为3～30分钟。

本发明所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于：所述的降低煤与石灰浆液混合物中水分的方法采用真空吸滤、压滤、加热干燥或与原煤混合方法。

本发明所述的一种具备脱硫效果的煤混合物的应用，其特征在于：将具备脱硫效果的煤混合物与原煤混合利用，作为型煤、燃烧或者气化过程的原料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：1)脱硫效率高：采用块状石灰与水反应制备得到超细Ca(OH)₂颗粒，并将其粘附于煤表面和内部，在燃烧或者气化反应器内，超细Ca(OH)₂颗粒可有效增强气固脱硫反应的接触面积，大幅提高煤的自脱硫效率；2)钙利用率高：含钙的细粉颗粒与表面粗糙的煤颗粒粘附性强，并且由于煤颗粒含有丰富的孔隙结构，溶于浆液内部的Ca(OH)₂以及浆液中的含钙细颗粒进入孔隙结构后，进一步增强了钙脱硫剂与煤的结合能力，保证了钙脱硫剂在燃烧或者气化反应器内的停留时间，从而提高其利用率；3)制备与利用方法简单：将钙脱硫剂粘附于煤颗粒表面和内部，通过现有原料煤加入装置进入燃烧或者气化反应系统，实现煤燃烧或者气化反应与脱硫反应的同时进行，省去了脱硫剂的专门加入系统。

具体实施方式

本发明的实施方法为：

首先，平均粒径为5mm～100mm的块状石灰与水按照质量比为1:2～1:20的比例混合制备石灰浆液，保持浆液静置状态3～30分钟，以保证块状石灰与水进行充分的反应。块状石灰中CaO含量至少为80％。

然后，将平均粒径为0.05mm～5mm的煤与石灰浆液均匀混合，煤与块状石灰的质量比为1:1～10:1，得到煤与石灰浆液混合物。可以采用搅拌装置或者回转装置进行混合。

最后，采用真空吸滤、压滤、加热干燥或与原煤混合方法降低煤与石灰浆液混合物中的水分，制备得到具备脱硫效果的煤混合物。

本发明所制备的具备脱硫效果的煤混合物组分及质量百分比含量为：

氢氧化钙 2～40％，

原煤 50～95％，

其余水和杂质；

其中氢氧化钙颗粒平均粒径为0.1～30μm，原煤平均粒径为0.05～5mm。

本发明所提供的具备脱硫效果的煤混合物与原煤混合利用，作为型煤、燃烧或者气化过程的原料。

本发明的原理如下：石灰遇水进行消化反应，局部放出大量的反应热，并且由于Ca(OH)₂的摩尔体积大于CaO，导致形成极细的氢氧化钙颗粒。随后，煤颗粒与上述浆液混合并搅拌，浆液中的含钙颗粒会大量附着于表面粗糙的煤颗粒表面或进入内部孔隙，在随后的降低煤颗粒水含量的过程中，仍可保持大量含钙颗粒粘附于煤颗粒表面或内部孔隙。因此，本发明所制备的煤混合物具有较高脱硫效率的原理主要在于：1)提高了煤基自身的钙元素含量；2)因为细粉态颗粒与煤颗粒较好的粘附性，保证了在后续的脱硫反应过程中不容易从煤颗粒表面的脱落，延长了细粉态脱硫剂颗粒在反应器内的停留时间；3)进入煤颗粒内部孔隙的含钙颗粒，会在煤的燃烧或气化过程中逐渐暴露出来，继续参与脱硫反应。

下面举出几个具体的实施例来对本发明做进一步的说明。

实施例1：

将CaO含量为87.4％、平均粒径为20mm的块状石灰25kg加入至150kg的水中，制备得到石灰浆液，保持静置状态15分钟，通过测定，浆液中Ca(OH)₂颗粒的平均粒径为7μm。将50kg平均粒径为0.5mm的原煤加入至石灰浆液中，并搅拌均匀，得到煤与石灰浆液混合物。采用真空过滤将混合物脱水至含水量约为30％的物料，送至红外加热干燥装置内进一步干燥，制备得到含水量为5％的具备脱硫效果的煤混合物。通过测定，该混合物中Ca(OH)₂含量为30％，原煤含量为60％，杂质含量5％。

使用氮吸附仪测定现有工业常用石灰石以及本发明制备得到的具备脱硫效果的煤混合物的比表面积和孔隙分布结果，具体结果如表1所示：

表1 石灰石与所制备的煤混合物孔隙特性

从表1可以看出，本发明制备得到的具备脱硫效果的煤混合物的孔隙结构与石灰石相比具有明显优势。根据气固反应原理，较高的比表面积和孔容积有利于气态组分的扩散，从而实现较高的反应效率。

实施例2：

按照本发明方法制备得到若干典型条件下的具备脱硫效果的煤混合物。表2列出了若干典型制备条件下得到的具备脱硫效果的煤混合物的脱硫效率。测定脱硫效率的实验过程是在床温900℃、煤含硫量为0.8％、钙硫摩尔比1.5、热功率为160kw的循环流化床实验台上进行。作为比较所制备的具备脱硫效果的煤混合物脱硫效率的基础和依据，通过上述实验过程测得了工业石灰石的脱硫效率为65％。

表2 典型制备条件下得到的具备脱硫效果的煤混合物的脱硫效率

根据表2结果可知，采用本发明制备得到的具备脱硫效果的煤混合物在循环流化床实验台中的脱硫效率明显比使用工业石灰石的脱硫效率高，本发明有效提高了循环流化床锅炉的脱硫效率。

实施例3：

使用CaO含量为90％、平均粒径30mm的块状石灰与水按照质量比为1:5的比例混合制备得到石灰浆液，静置20分钟。将平均粒径为0.5mm的煤加入至石灰浆液中，煤与块状石灰质量比为2:1，采用搅拌方式混合均匀，得到煤与石灰浆液混合物。通过采用与原煤混合方法实现降低煤与石灰浆液混合物水分的目的，制备得到具有脱硫效果的煤混合物，混合物中水分质量含量为10％、Ca(OH)₂含量为2.5％、原煤含量为87.3％。将该煤混合物通过循环流化床锅炉的给煤皮带连同其余燃煤一并加入到炉膛内，循环流化床锅炉的主要运行参数为：功率150MW、煤含硫量0.7％、钙硫摩尔比1.5、平均床温930℃。作为比较所制备的具备脱硫效果的煤混合物脱硫效率的基础和依据，测量了相同运行参数下的工业石灰石脱硫效率为62％，采用本方法制备的具备脱硫效果的煤混合物后，脱硫效率为88.5％，本发明有效提高了循环流化床锅炉的脱硫效率。

Claims

1.一种具备脱硫效果的煤混合物，其特征在于，该混合物的组分及质量百分比含量为：

氢氧化钙 2～40％，

原煤 50～95％，

其余水和杂质；

2.如权利要求1所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于：所述的块状石灰中CaO含量至少为80％。

4.根据权利要求2所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于：所述的石灰浆液静置时间为3～30分钟。

5.根据权利要求2所述的一种具备脱硫效果的煤混合物制备方法，其特征在于：所述的降低煤与石灰浆液混合物中水分的方法采用真空吸滤、压滤、加热干燥或与原煤混合方法。