国标烟气脱硫用柱状活性焦试验研究

1、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要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根底上对活性焦烟气脱硫性能进行了中试评价试验研究 试验结果说明 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

2、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97 年我因SO2 污染造成损1失到达100 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开展洁净煤技术已成为我国可持续开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 其中大局部是湿法脱硫技术 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

3、而国外现有干法脱硫技术由 于本钱高 难以在我国电厂广泛推广应用 因此开发适合我国国情低本钱的 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要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根底上对活性焦烟气脱硫性能进行了中试评价试验研究 试验结果说明 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

4、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97 年我因SO2 污染造成损1失到达100 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开展洁净煤技术已成为我国可持续开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

5、其中大局部是湿法脱硫技术 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 于本钱高 难以在我国电厂广泛推广应用 因此开发适合我国国情低本钱的 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件下 活性焦吸附烟气中 SO2 氧和水蒸气 在活性焦外表活性点的催化作用下 SO2 氧化为SO3 SO3 与水蒸汽反响生成硫酸 吸附在活性焦的外表

6、 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 德国等兴旺国 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3 4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 试验研究结果说明 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

7、用前景2试验方案2.1 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1-kg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 10-50g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9m工业产活性焦装置为回转式活化炉 最高加热温度为90品用于中试试验研究2.2 活性焦烟气脱硫中试试验工艺及装置产加工3 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able1 Poximateanalysis of raw coal吸附脱硫系统和再SapleadAadM

8、adCRC*1#2#32.730.64.24.89.14.023 3# 40.8 5.8 6.8 1 *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 活性焦吸附脱硫反响器5 斗提机 6 斗提机7 活性焦再生反响器 8加热器 9 离心风机Fig.1Theschematicdiaramof process for SO2 removalfromFlue用外热式回转炉每次装料量 10-50g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9m工业产活性焦装置为回转式活化炉 最高加热温度为90品用于中试试验研究2.2 活性焦烟气脱硫中试试验工艺及装置产加工

9、3 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able1 Poximateanalysis of raw coal吸附脱硫系统和再SapleadAadMadCRC*1#2#32.730.64.24.89.14.023 3# 40.8 5.8 6.8 1 *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 活性焦吸附脱硫反响器5 斗提机 6 斗提机7 活性焦再生反响器 8加热器 9 离心风机Fig.1Theschematicdiaramof process for SO2 removalfromFlueGas

10、 by ActivatedCokes1 gas storage2 fan3 heater4 reactorfor O2 reoval 5 elevator 6 elevator 7 reactorforregeneratorof activatedcoke 8 heater 9 fan表 2 模拟烟气成份able2Thecompositionof simulatedfluegasSO2 (mg/m3)N2 ()O2 ()H2O()69-878-155-13400-3600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响器 上料系统和出料系统 移动床反响器为错流移

11、动床反响器 床层内活性焦的移动方向与烟气流动方向垂直交叉 活性焦从反响器顶部连续加 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 的活性焦从反响器底部连续排出 送到再生系统再生活性焦再生系统包括再生反响器上料系统和出料系统再生反响器为列管式反响器2吸附SO2 的活性焦从顶部参加 依靠外加热源把活性焦加热到30-600 C 使吸附在活性焦外表上的SO2 解析解析SO2 的活性焦从再生反响器底部排出送至吸附反响器循环使用3结果及讨论3.1 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S2 2和O 性焦的外表 然后在

12、活性焦外表活性点的作用下反响生成SO3 最后SO3转化为硫酸吸附在 活性焦的外表 因此活性机外表催化SO2 转为SO3 的性点多少非常重要 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 从表吸附SO2 的活性焦从顶部参加 依靠外加热源把活性焦加热到30-600 C 使吸附在活性焦外表上的SO2 解析解析SO2 的活性焦从再生反响器底部排出送至吸附反响器循环使用3结果及讨论3.1 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S2 2和O 性焦的外表 然后在活性焦外表活性点的作用下反响生成SO3 最后SO3转化为硫酸吸附在

13、活性焦的外表 因此活性机外表催化SO2 转为SO3 的性点多少非常重要 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 烟煤制活性焦比外表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 这说明烟气中SO2 在活性焦的吸附不是物理吸附 活性焦吸附SO2 性与活性 焦外表化学结构有关 而活性焦外表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外表存在较多的脱硫 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ab

14、le3AdsorptionpropertiesandS2 adsorptioncapacityof activatedcokeprepared frombituinouscoalandactivatedcarbonpreparedfromanthraciteCoalActivtontep./ield/%IodneSpecifcsurface/2g-1Strengh/%SO2adsotinnuber/g.g-1weightgain*/ %1# bitnin.2# bitnin3# bitninaixianthr80080080090066.060.062.340.0539570481100130

15、0.7320.1295.2998.299.599.099.1966.36.56.34.1*烟气中SO2 浓度2000 g.-33.2 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根底选择1#烟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10003/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able4Adsorption poperiesof activatedcarbonIodinenumberSpecificsuraceSO2Appaent density (g ml

16、-1)Stength()mg g-1(m2 g-1)adsorption capacity(mgg-1)400-500290-35060-12099活性焦吸附脱硫反响器为错流移动床反响器 活性焦从反响器顶不连续参加 吸附SO2的活性焦从底部连续排出 送如再生反响器进行再生 再生后的活性焦送入脱硫反响器循环 使用 活性焦烟气脱硫工艺见图1 连续进行了00 多小时性焦烟气脱硫实验 活性焦脱 硫反响器工艺参数随时间变化见图2 在试验过中活性焦吸附脱硫反响器进口SO2 浓度和 出口SO2 浓度见图3320010.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1-1.2180160140120

17、100806040200Time /h图2 活性焦吸附脱硫反响器工艺参数随时间变化Figure2 Thecurveof variousoperatingparaetersof adsorbervs. ie从图2 可看出活性焦吸附脱硫反响器操作运行稳定可靠 反响器内床层温度高于反响器烟气进口温度这主要是由于烟气中水蒸汽氧和SO2 等在活性焦外表吸附放热造成的 从图3 可以看出活性焦吸附脱硫反响器出口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%这说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60005000400030002

18、00010000Time / h图3 活性焦吸附脱硫反响器进口SO2 浓度和出口SO2 浓度Figure3 TherelationbetweentheoutletS20010.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1-1.2180160140120100806040200Time /h图2 活性焦吸附脱硫反响器工艺参数随时间变化Figure2 Thecurveof variousoperatingparaetersof adsorbervs. ie从图2 可看出活性焦吸附脱硫反响器操作运行稳定可靠 反响器内床层温度高于反响器烟气进口温度这主要是由于烟气中水蒸汽氧和SO2 等在

19、活性焦外表吸附放热造成的 从图3 可以看出活性焦吸附脱硫反响器出口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%这说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 活性焦吸附脱硫反响器进口SO2 浓度和出口SO2 浓度Figure3 TherelationbetweentheoutletS2 andinletSO2 concentration4SO2 concentration / mg/gTemperature /C1214161811011211411

20、61181201221241261281301321341361124477093116139162185208231254277300323346369Pressure /kpaSO2 inletSO2 outletInlet temperature Top temperature Inlet pressure Outlet pressure3.2 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 节省我国珍贵的水资源 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

21、质硫或化肥 不对环境造成 二次污染活性焦再生反响器采用列管式反响器外供热源间接加热加热温度为30-00 C 活性焦在反响器中停留时间为90-40in, 在此试试验过程中再生反响器连续运行200 多 小时试验果说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 这说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% 这种浓度SO2 3.2 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

22、省我国珍贵的水资源 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响器采用列管式反响器外供热源间接加热加热温度为30-00 C 活性焦在反响器中停留时间为90-40in, 在此试试验过程中再生反响器连续运行200 多 小时试验果说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 这说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% 这种浓度SO2 气体可加工成硫酸 单质硫和化肥 不会次污染

23、表5再生气体主要成分able5 Thecompositionof egenerationgas% CO CO2 SO2 O2 1.046.348.21.04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 中试试验结果说明 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,MarketAnalysisofCleanCoalTechnologies

24、inChina,ProceedingsofSecondInternationalSymposiumonCleanCoal Technology, November,1999 Beijing, China,10-25Karlknoblauch,EkkehardRichterandHaraldJuntgen,Application of ActiveCoke in Processesof SO2 and NOXRemoval from Flue Gas, Fuel, Vol60,1981,Sep.,832-838熊飞姚新河何毅. 褐煤半焦用于烟气脱硫研究. 洁净煤技术19981234240-42Xiong Fei, ao Xinhe, He i. Studies on 2 reoval from flue gas bysei-cokepreparedfromlignite.Cleancoaltechnolog,4(2):40-42李文华 李荫重 王志忠. 用褐煤半焦脱除烟气中S2的研究. 煤炭学报41998233321-326(Li enhua,Li inzhong,ang Zhizhong.Studieson O2 reovalfromflue gasusingsei-cokefrombrown coal.J