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固硫剂

  	      	      	    	    	      	    

目录

什么是固硫剂[1]

  固硫剂是指凡能与煤在燃烧过程中生成的SO2SO3,起化学反应或物理吸附反应,形成固态残渣而留在煤灰中的物质。

固硫剂的分类[2]

  1.钙基固硫剂

  目前使用最多最广、价廉易得的仍是钙基固硫剂,如石灰石、氢氧化钙、电石渣及工业废渣等。关于普通钙基固硫剂已有很多的研究成果。CaCO3、CaO、Ca(OH)2 3种固硫剂,Ca(OH)2的固硫效果最好,其次是CaO 和CaCO3,与其发生固硫反应的温度和其颗粒结构有关。

  (1)传统钙基固硫剂

  普通的钙基固硫剂经过高温环境后,颗粒表面晶粒经高温烧结而堵死了大量的微孔,从而使固硫剂的微孔受到严重破坏,降低了钙基固硫剂的反应活性。另外,固硫反应生成物在高温下会发生再分解,导致钙的利用率低,高温固硫效果差。

  (2)新型钙基固硫剂

  目前,除了常用的钙基固硫剂外,还有一些新型固硫剂,例如人工钙基固硫剂、贝壳固硫剂和纳米CaCO3固硫剂等,新型固硫剂其固硫效果比传统的钙系固硫剂好。但是由于成本过高,直接制约着新型钙基固硫剂的大规模工业应用。

  (3)钙基固硫剂调质技术

  化学溶液的添加也会对固硫率有影响。研究表明,较好的孔隙结构对固硫反应有好影响,而使用化学溶液调质CaCO3后,可使固硫剂在调质过程中发生膨胀,孔径分布发生变化,从而提高固硫效果。

  张彦威等研究了经一些化学溶液调质后钙基固硫剂的脱硫效果,这些化学溶液包括:脂肪族酸、NaCl溶液、NaCl溶液和脂肪族酸、乙醇、Na2CO3溶液和(NH4)2SO4溶液,结果表明,这几种溶液对钙基固硫剂的调质能力以脂肪族酸为最佳。

  2.钡基固硫剂

  纯BaSO4的分解温度为1580℃,大大高于CaSO4的分解温度,显示较高的热稳定性。根据元素周期表递变规律,位于第6周期的钡较位于第4周期的钙具有更高的金属活泼性,对应的氧化物具有更强的碱性,更利于与酸性氧化物SO2的反应,使得钡基固硫剂在煤高温燃烧中的固硫效果高于钙基固硫剂,具有较好的应用前景。

固硫剂的研究进展[3]

  1.钙基固硫剂

  试验表明,CaCO3、CaO、Ca(OH)2三种固硫剂,Ca(OH)2的固硫效果最好,其次是CaO和CaCO3。这和其发生固硫反应的温度和颗粒结构有关。Ca(OH)2固硫反应开始的温度低,在500℃即可发生分解反应生成CaO,固硫反应和煤大部分硫析出的温度区间相吻合,因此固硫效果好。而CaCO3分解生成CaO所需的温度高,即900℃才发生煅烧反应,它不能在低温阶段进行有效的固硫。从固硫颗粒结构上分析,Ca(OH)2分解释放出H2O,其生成的CaO颗粒的空隙多,比表面积大,和SO2反应速率高,所以Ca(OH)_2固硫效果好于CaO,其最佳固硫温度是800~1000℃。CaO 的最佳固硫温度为800%左右,固硫率可达82% ,但随着燃烧温度的升高而逐渐下降。这主要是因为反应一段时间后,CaO颗粒表面孔隙很快被堵塞,从而阻止了SO2向其内部的扩散,使固硫率下降。另外,当温度高于1200 后,CaSO4发生高温分解。

  2.钡基固硫剂

  纯BaSO4的分解温度为1580℃,大大高于CaSO4的分解温度,显示较高的热稳定性,且Ba较Ca具有更高的金属活泼性,对应的氧化物具有更强的碱性,更利于与酸性氧化物SO_2的反应。研究结果表明,当Ba/S=2时,BaCO3在1200℃时的固硫率高达44.47% ,比相同条件下的石灰石和新制的CaO 的固硫率分别提高l6.34% 和13.67% 。在0.5t/h工业链条炉的实际应用中,由BaCO3、石灰石、电石渣组成的钡基固硫剂的固硫率可达35.5%,高于钙基固硫剂的固硫率13.88%,与文献报道的以1~3mm石灰石颗粒为固硫剂的固硫率24% 相比,提高了11.5% 。说明钡基固硫剂在煤高温燃烧中的固硫效果明显高于钙基固硫剂,具有较好的应用前景。

  3.贝壳固硫剂

  贝壳的主要组成为CaCO3,因此贝壳也可用作固硫剂。试验发现,经30h的硫化反应后,贝壳的硫化率可达70%左右,而相同条件下石灰石的硫化率只有38%。这是由于贝壳颗粒在固硫前后均有较大的气孔,而石灰石的内部气孔分布小而密所至。由于贝壳内分布气孔尺寸大,硫化反应在整个体积内进行,从而提高了钙利用率,是一种较好的天然固硫剂。

  4.纳米固硫剂

  对纳米CaCO3,作为固硫剂进行的基础研究表明,纳米CaCO3有较好的利于固硫反应的微观物理特性和固硫特性,具有较好的低温(1150℃)固硫效果,并认为,纳米CaCO3,用作喷钙吸收剂已具备一定的实用意义,但是其成本问题将制约其工业应用。

参考文献

  1. 张朝晖,马雪地.固硫剂的研究现状[J].中国资源综合利用,2009(11)
  2. 张晓宇,薛守洪.燃煤固硫剂研究进展[J].广东化工,2011(5)
  3. 朱光俊,梁中渝,邓能运,张生芹,杨艳华.燃煤固硫剂及添加剂的研究进展[J].冶金能源,2008(6)