国标-》烟气脱硫用柱状活性焦试验研究

烟气脱硫用柱状活性焦试验研究张文辉A王岭A李书荣A刘静BA煤炭科学研究总院北京煤化学研究所北京100013B国家电力公司南京电力自动化设备总厂南京21003摘要对烟气脱硫用活性焦制备原料及工艺进行了试验研究在实验室研究的基础上对活性焦烟气脱硫性能进行了中试评价试验研究试验结果表明原料煤性质及脱硫工艺对活性焦脱硫性质具有重要影响活性焦烟气脱硫工艺技术可行操作简单运行稳定可靠具有脱硫效率高脱硫过程不用水和不对环境造成二次污染等问题是适合我国国情的烟气脱硫技术在我国具有良好的推广应用前景关键词活性焦烟气脱硫1前言中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国煤炭的大量开采和低效利用带来严重的环境污染导致我国酸雨覆盖区占国土面积的30据统计1997年我国因SO2污染造成的损1失达到1100亿元与此同时SO2的大量排放也造成了我国硫资源的大量损失近年来我国政府十分重视环境问题发展洁净煤技术已成为我国可持续发展战略之一由于我国大气污染主要是由燃煤引起的因此烟气净化技术是我国重点研究开发的洁净煤技术为此国内引进了多种国外成熟的烟气脱硫技术其中大部分是湿法脱硫技术但由于种种原因这些引进的湿法脱硫技术均未在国内电厂广泛推广应用我国是世界上水资源严重缺乏的国家之一我国许多电厂处于水资源严重缺乏地区由于严重缺水使这些电厂不可能采用大量耗水的湿法脱硫技术而国外现有干法脱硫技术由于成本高难以在我国电厂广泛推广应用因此开发适合我国国情低成本的脱硫过程不消耗水的干法脱硫技术是我国目前烟气脱硫技术的研究开发重点2活性焦烟气脱硫技术是一种先进的干法脱硫技术其脱硫原理是在一定温度条件下活性焦吸附烟气中SO2氧和水蒸气在活性焦表面活性点的催化作用下SO2氧化为SO3SO3与水蒸汽反应生成硫酸吸附在活性焦的表面采用活性焦脱硫的干法烟气脱硫技术脱硫效率高脱硫过程不用水无废水废渣等二次污染等问题所以随着环保要求的日益提高活性焦干法烟气脱硫技术引起越来越多国家的重视逐渐在日本德国等发达国家推广应用活性焦是一种烟气脱硫用活性炭煤炭科学研究总院从90年代初就开始研究烟气脱硫34用活性焦本文对活性焦生产工艺和原料进行了研究并对其脱硫性能进行了中试评价试验研究试验研究结果表明原料煤性质及脱硫工艺对活性焦脱硫性能具有重要影响活性焦烟气脱硫工艺可行操作简单运行稳定可靠具有脱硫效率高脱硫过程不用水和不对环境造成二次污染等优点是适合我国国情的烟气脱硫技术在我国具有良好的推广应用前景2试验方案21活性焦制备试验用制备活性焦原料煤工业分析见表1制备工艺包括磨粉成型炭化和活化等过程在实验室磨粉采用球磨机每次磨粉13KG成型采用卧式螺旋挤压机炭化活化采1用外热式回转炉每次装料量100500G采用程序升温控制仪精确控制温度制备的活性焦为圆柱状直径为9MM工业生产活性焦装置为回转式活化炉最高加热温度为900品用于中试试验研究22活性焦烟气脱硫中试试验工艺及装置生产加工3吨活性焦样活性焦烟气脱硫中试试验工艺见图1该工艺主要由模拟烟气系统生系统组成表1原料煤工业分析TABLE1PROXIMATEANALYSISOFRAWCOAL吸附脱硫系统和再SAMPLEVADAADMADCRC123273064248914023340858681焦渣特征图1活性焦烟气脱硫中试试验研究工艺1气柜2离心风机3加热器4活性焦吸附脱硫反应器5斗提机6斗提机7活性焦再生反应器8加热器9离心风机FIG1THESCHEMATICDIAGRAMOFPROCESSFORSO2REMOVALFROMFLUEGASBYACTIVATEDCOKES1GASSTORAGE2FAN3HEATER4REACTORFORSO2REMOVAL5ELEVATOR6ELEVATOR7REACTORFORREGENERATOROFACTIVATEDCOKE8HEATER9FAN表2模拟烟气成份TABLE2THECOMPOSITIONOFSIMULATEDFLUEGASSO2MG/M3N2O2H2O69878155134003600模拟烟气系统主要由风机气柜等组成模拟烟气成份见表2吸附脱硫系统主要包括移动床反应器上料系统和出料系统移动床反应器为错流移动床反应器床层内活性焦的移动方向与烟气流动方向垂直交叉活性焦从反应器顶部连续加入依靠重力从上往下移动在移动过程中与烟气垂直交叉接触吸附脱除烟气中SO2吸附SO2的活性焦从反应器底部连续排出送到再生系统再生活性焦再生系统包括再生反应器上料系统和出料系统再生反应器为列管式反应器2吸附SO2的活性焦从顶部加入依靠外加热源把活性焦加热到300600C使吸附在活性焦表面上的SO2解析解析SO2的活性焦从再生反应器底部排出送至吸附反应器循环使用3结果及讨论31烟煤制活性焦烟气脱硫性能活性焦吸附脱除烟气中SO2一般分为三个过程首先烟气中SO2O2和H2O吸附在活性焦的表面然后在活性焦表面活性点的作用下反应生成SO3最后SO3转化为硫酸吸附在活性焦的表面因此活性机表面催化SO2转化为SO3的活性点多少非常重要而活性点与煤的化学性质和分子结构有关烟煤制备活性焦物理性能和烟气脱硫性能见表3从表3可以看出烟煤制活性焦比表面远远低于无烟煤制活性炭但其脱硫性能高于太西无烟煤制活性炭这表明烟气中SO2在活性焦表面的吸附不是物理吸附活性焦吸附SO2性能与活性焦表面化学结构有关而活性焦表面的化学结构决定于原料煤的性质和生产工艺三种烟煤制备的活性焦脱硫性能均较好相差无几这主要是因为烟煤制活性焦表面存在较多的脱硫活性点烟煤是适合生产烟气脱硫用活性焦的原料煤表3烟煤制活性焦及无烟煤制活性炭的吸附性能及脱硫性能TABLE3ADSORPTIONPROPERTIESANDSO2ADSORPTIONCAPACITYOFACTIVATEDCOKEPREPAREDFROMBITUMINOUSCOALANDACTIVATEDCARBONPREPAREDFROMANTHRACITECOALACTIVATIONTEMP/YIELD/IODINESPECIFICSURFACE/M2G1STRENGTH/SO2ADSORPTIONNUMBER/MGG1WEIGHTGAIN/1BITNMIN2BITNMIN3BITNMINTAIXIANTHR800800800900660600623400539570481100130073201295299829959909919663656341烟气中SO2浓度2000MGM332活性焦烟气脱硫中试试验研究为了进一步评价烟煤制备活性焦的脱硫性能为活性焦烟气脱硫工艺开发奠定基础选择1烟煤为原料在工厂用回转活化炉生产了3吨活性焦样品进行了烟气脱硫中试试验研究烟气处理量为1000M3/H试验用烟气脱硫用活性焦吸附性能和物理性能见表4表4活性焦吸附性能和物理性能TABLE4ADSORPTIONPROPERTIESOFACTIVATEDCARBONIODINENUMBERSPECIFICSURFACESO2APPARENTDENSITYGML1STRENGTHMGG1M2G1ADSORPTIONCAPACITYMGG140050029035060120060799活性焦吸附脱硫反应器为错流移动床反应器活性焦从反应器顶不连续加入吸附SO2的活性焦从底部连续排出送如再生反应器进行再生再生后的活性焦送入脱硫反应器循环使用活性焦烟气脱硫工艺见图1连续进行了300多小时活性焦烟气脱硫实验活性焦脱硫反应器工艺参数随时间变化见图2在试验过程中活性焦吸附脱硫反应器进口SO2浓度和出口SO2浓度见图33200108060402002040608112180160140120100806040200TIME/H图2活性焦吸附脱硫反应器工艺参数随时间变化FIGURE2THECURVEOFVARIOUSOPERATINGPARAMETERSOFADSORBERVSTIME从图2可以看出活性焦吸附脱硫反应器操作运行稳定可靠反应器内床层温度高于反应器烟气进口温度这主要是由于烟气中水蒸汽氧和SO2等在活性焦表面吸附放热造成的从图3可以看出活性焦吸附脱硫反应器出口SO2随进口SO2浓度和操作工艺条件的变化而变化在一定工艺条件下SO2脱除效率98这表明以烟煤为原料生产的活性焦具有良好的脱硫性能可以用于烟气脱硫工业装置6000500040003000200010000TIME/H图3活性焦吸附脱硫反应器进口SO2浓度和出口SO2浓度FIGURE3THERELATIONBETWEENTHEOUTLETSO2ANDINLETSO2CONCENTRATION4SO2CONCENTRATION/MG/GTEMPERATURE/C121416181101121141161181201221241261281301321341361124477093116139162185208231254277300323346369PRESSURE/KPASO2INLETSO2OUTLETINLETTEMPERATURETOPTEMPERATUREINLETPRESSUREOUTLETPRESSURE32活性焦再生试验研究吸附SO2的活性焦可用水洗和加热的方法再生本中试试验研究选用加热方法再生吸附SO2的活性焦这样可以减少用水量节省我国宝贵的水资源另外可获得便于加工利用的高浓度SO2气体这种气体可根据市场需求加工成浓硫酸单质硫或化肥不对环境造成二次污染活性焦再生反应器采用列管式反应器外供热源间接加热加热温度为300600C活性焦在反应器中停留时间为90440MIN,在此中试试验过程中再生反应器连续运行200多小时试验结果表明活性焦再生性能良好和实验室实验结果一致满足脱硫工艺连续运行的要求这表明烟煤为原料生产的活性焦可以用于工业性脱硫装置再生气体含有高浓度SO2冷却后分析其气体主要成分见表5从表5可以看出再生气体SO2浓度40这种高浓度SO2气体可加工成硫酸单质硫和化肥不会对环境造成二次污染表5再生气体主要成分TABLE5THECOMPOSITIONOFREGENERATIONGASCOCO2SO2O210463482104结论原料煤性质及制备工艺对活性焦脱硫性质具有重要影响烟煤是适合生产活性焦的原料中试试验结果表明以烟煤为原料生产的活性焦具有良好的脱硫性能和再生性能活性煤焦烟气脱硫工艺可行操作简单运行稳定可靠具有脱硫效率高脱硫过程无水耗和不对环境造成二次污染等优点是适合我国国情的烟气脱硫技术在我国具有良好的推广应用前景参考文献ZHUDERENYUZHUFENG,MARKETANALYSISOFCLEANCOALTECHNOLOGIESINCHINA,PROCEEDINGSOFSECONDINTERNATIONALSYMPOSIUMONCLEANCOALTECHNOLOGY,NOVEMBER,1999BEIJING,CHINA,1025KARLKNOBLAUCH,EKKEHARDRICHTERANDHARALDJUNTGEN,APPLICATIONOFACTIVECOKEINPROCESSESOFSO2ANDNOXREMOVALFROMFLUEGAS,FUEL,VOL60,1981,SEP,832838熊飞姚新河何毅褐煤半焦用于烟气脱硫研究洁净煤技术1998123424042XIONGFEI,YAOXINHE,HEYISTUDIESONSO2REMOVALFROMFLUEGASBYSEMICOKEPREPAREDFROMLIGNITECLEANCOALTECHNOLOGY,424042李文华李荫重王志忠用褐煤半焦脱除烟气中SO2的研究煤炭学报41998233321326LIWENHUA,LIYINZHONG,WANGZHIZHONGSTUDIESONSO2REMOVALFROMFLUEGASUSINGSEMICOKEFROMBROWNCOALJOURNALOFCHINACOALSOCIETY,2333213265STUDIESONTHESO2REMOVALFROMFLUEGASBYCYLINDRICALACTIVATEDCOKESPREPAREDFROMBITUMINOUSCOALZHANGWENHUIA,WANGLINGA,LISHURONGAANDLIUJINGBABEIJINGREASEARCHINSTITUTEOFCOALCHEMISTRY,CCRI,BEIJING,100013BNANJINGELECTRICPOWERAUTOMATIONEQUIPMENTGENERALFACTORY,NANJING210003ABSTRACTTHEEFFECTOFRAWCAOLANDPROCESSONPROPERTIESOFACTIVATEDCOKEHASBEENSTUDIEDANDTHERESULTOFAPOLITESCALETESTINGOFSO2REMOVALFROMFLUEGASWITHACTIVATEDCOKEAREDEMONSTRATEDITINDICATEDTHATTHERAWCOALANDPROCESSINFLUENCETHEPROPERTIES