一種具備脫硫效果的煤混合物及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種具備脫硫效果的煤混合物及其制備方法和應(yīng)用，涉及清潔煤【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的特點是采用塊狀石灰原料、煤顆粒與水按照一定比例進行混合，將塊狀石灰破碎成超細的氫氧化鈣顆粒，并附著于煤顆粒表面及內(nèi)部孔隙，通過降低水分后制備得到具備脫硫效果的煤混合物，可直接作為煤的加工與利用原料。采用該方法，不僅可以顯著提高煤的自脫硫效率及脫硫劑的利用率，且簡化了脫硫劑加入到煤利用裝置的過程，減少了脫硫設(shè)備的投資與使用費用。
【專利說明】一種具備脫硫效果的煤混合物及其制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減少煤利用過程中硫氧化物排放的技術(shù)，特別涉及一種具備脫硫效果的煤混合物及其制備方法和應(yīng)用，屬于清潔煤【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]煤利用所產(chǎn)生的污染物是造成生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源，已經(jīng)成為了全球空氣污染治理的當(dāng)務(wù)之急。針對煤利用過程中所產(chǎn)生的硫氧化物的脫除問題，目前主要采用煤利用后進行煙氣處理的方式進行，例如濕法、半干法或者干法脫硫技術(shù)，其優(yōu)點是脫硫效率高，但存在投資和運行費用高、占地面積大等一系列問題。一般而言，煤中含有的堿金屬元素在煤利用過程中具有一定的脫硫效果，即煤的自脫硫效果。但是，由于堿金屬元素在煤中的含量比較低，造成煤的自脫硫效率比較低。提高煤的自脫硫效率是減少煤利用后煙氣處理方法帶來的投資運行費用與占地問題的重要途徑。
[0003]為提高煤的自脫硫效率，不僅需要增加煤中所包含的脫硫劑含量，同時還需要考慮脫硫劑的反應(yīng)特性，尤其是脫硫反應(yīng)為氣固反應(yīng)，其關(guān)鍵控制步驟為氣體的擴散過程，因此有必要從減小顆粒粒徑方面采取措施。其主要原因是脫硫劑顆粒的粒徑較大，導(dǎo)致脫硫劑的反應(yīng)活性較低。因為SO2與脫硫劑的反應(yīng)主要發(fā)生在脫硫劑顆粒表面，脫硫劑顆粒粒徑越大，其比表面積越小，脫硫劑與SO2的接觸幾率越小，從而導(dǎo)致脫硫劑的鈣利用率和系統(tǒng)脫硫效率低。目前國際上在型煤制備過程中，多會考慮添加Ca、Mg元素，以提高其利用過程中的自脫硫效率?，F(xiàn)有技術(shù)在提高煤自脫硫效率的效果上仍存在一定的局限，尤其是所加入的脫硫劑粒度較大，造成脫硫劑的利用率較低。由上可見，開發(fā)一種具有較高脫硫效果的煤混合物以及制備方法，對清潔煤技術(shù)發(fā)展具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有煤利用過程中脫硫環(huán)節(jié)脫硫劑利用率低、設(shè)備與運行投入大的問題，提出了一種具備脫硫效果的煤混合物及其制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種具備脫硫效果的煤混合物，其特征在于，該混合物的組分及質(zhì)量百分比含量為:
[0007]氫氧化鈣2?40%，
[0008]原煤50 ?95%，
[0009]其余水和雜質(zhì)；
[0010]所述氫氧化I丐顆粒平均粒徑為0.1 μ m?30 μ m,原煤平均粒徑為0.05mm?5mm。
[0011]本發(fā)明提供的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0012]I)將平均粒徑為5mm?50mm的塊狀石灰倒入水中，石灰與水的質(zhì)量比例為1:2?1:20,制備得到石灰漿液，保持漿液靜置狀態(tài)，使塊狀石灰和水充分反應(yīng)；
[0013]2)將平均粒徑為0.05mm?5mm的煤與石灰衆(zhòng)液均勻混合,煤與塊狀石灰的質(zhì)量比為1:1?10:1，得到煤與石灰漿液混合物；
[0014]3)降低煤與石灰漿液混合物中的水分，制備得到具備脫硫效果的煤混合物。
[0015]本發(fā)明所述的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于:所述的塊狀石灰中CaO含量至少為80%。
[0016]本發(fā)明所述的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于:所述的石灰漿液靜置時間為3?30分鐘。
[0017]本發(fā)明所述的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于:所述的降低煤與石灰漿液混合物中水分的方法采用真空吸濾、壓濾、加熱干燥或與原煤混合方法。
[0018]本發(fā)明所述的一種具備脫硫效果的煤混合物的應(yīng)用，其特征在于:將具備脫硫效果的煤混合物與原煤混合利用，作為型煤、燃燒或者氣化過程的原料。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果:1)脫硫效率高:采用塊狀石灰與水反應(yīng)制備得到超細Ca (OH) 2顆粒，并將其粘附于煤表面和內(nèi)部，在燃燒或者氣化反應(yīng)器內(nèi)，超細Ca(OH)2顆?？捎行г鰪姎夤堂摿蚍磻?yīng)的接觸面積，大幅提高煤的自脫硫效率；2)鈣利用率高:含鈣的細粉顆粒與表面粗糙的煤顆粒粘附性強，并且由于煤顆粒含有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，溶于漿液內(nèi)部的Ca(OH)2以及漿液中的含鈣細顆粒進入孔隙結(jié)構(gòu)后，進一步增強了鈣脫硫劑與煤的結(jié)合能力，保證了鈣脫硫劑在燃燒或者氣化反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，從而提高其利用率；3)制備與利用方法簡單:將鈣脫硫劑粘附于煤顆粒表面和內(nèi)部，通過現(xiàn)有原料煤加入裝置進入燃燒或者氣化反應(yīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)煤燃燒或者氣化反應(yīng)與脫硫反應(yīng)的同時進行，省去了脫硫劑的專門加入系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的實施方法為:
[0021]首先，平均粒徑為5mm?10mm的塊狀石灰與水按照質(zhì)量比為1:2?1:20的比例混合制備石灰衆(zhòng)液，保持衆(zhòng)液靜置狀態(tài)3?30分鐘，以保證塊狀石灰與水進行充分的反應(yīng)。塊狀石灰中CaO含量至少為80%。
[0022]然后，將平均粒徑為0.05mm?5_的煤與石灰衆(zhòng)液均勻混合，煤與塊狀石灰的質(zhì)量比為1:1?10:1，得到煤與石灰漿液混合物?？梢圆捎脭嚢柩b置或者回轉(zhuǎn)裝置進行混合。
[0023]最后，采用真空吸濾、壓濾、加熱干燥或與原煤混合方法降低煤與石灰漿液混合物中的水分，制備得到具備脫硫效果的煤混合物。
[0024]本發(fā)明所制備的具備脫硫效果的煤混合物組分及質(zhì)量百分比含量為:
[0025]氫氧化鈣2?40%，
[0026]原煤50 ?95%，
[0027]其余水和雜質(zhì)；
[0028]其中氫氧化鈣顆粒平均粒徑為0.1?30 μ m，原煤平均粒徑為0.05?5mm。
[0029]本發(fā)明所提供的具備脫硫效果的煤混合物與原煤混合利用，作為型煤、燃燒或者氣化過程的原料。
[0030]本發(fā)明的原理如下:石灰遇水進行消化反應(yīng)，局部放出大量的反應(yīng)熱，并且由于Ca (OH) 2的摩爾體積大于CaO，導(dǎo)致形成極細的氫氧化鈣顆粒。隨后，煤顆粒與上述漿液混合并攪拌，漿液中的含鈣顆粒會大量附著于表面粗糙的煤顆粒表面或進入內(nèi)部孔隙，在隨后的降低煤顆粒水含量的過程中，仍可保持大量含鈣顆粒粘附于煤顆粒表面或內(nèi)部孔隙。因此，本發(fā)明所制備的煤混合物具有較高脫硫效率的原理主要在于:1)提高了煤基自身的鈣元素含量；2)因為細粉態(tài)顆粒與煤顆粒較好的粘附性，保證了在后續(xù)的脫硫反應(yīng)過程中不容易從煤顆粒表面的脫落，延長了細粉態(tài)脫硫劑顆粒在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間；3)進入煤顆粒內(nèi)部孔隙的含鈣顆粒，會在煤的燃燒或氣化過程中逐漸暴露出來，繼續(xù)參與脫硫反應(yīng)。
[0031]下面舉出幾個具體的實施例來對本發(fā)明做進一步的說明。
[0032]實施例1:
[0033]將CaO含量為87.4%、平均粒徑為20mm的塊狀石灰25kg加入至150kg的水中，制備得到石灰漿液，保持靜置狀態(tài)15分鐘，通過測定，漿液中Ca(OH)2顆粒的平均粒徑為7 μ m。將50kg平均粒徑為0.5mm的原煤加入至石灰漿液中，并攪拌均勻，得到煤與石灰漿液混合物。采用真空過濾將混合物脫水至含水量約為30%的物料，送至紅外加熱干燥裝置內(nèi)進一步干燥，制備得到含水量為5%的具備脫硫效果的煤混合物。通過測定，該混合物中Ca (OH) 2含量為30 %，原煤含量為60 %，雜質(zhì)含量5 %。
[0034]使用氮吸附儀測定現(xiàn)有工業(yè)常用石灰石以及本發(fā)明制備得到的具備脫硫效果的煤混合物的比表面積和孔隙分布結(jié)果，具體結(jié)果如表I所示:
[0035]表I石灰石與所制備的煤混合物孔隙特性
[0036]
α 一 /M/、、 ^ 具有!兌硫效果的‘煤參數(shù)名稱(單位) 石灰石 、人^
_混合物
比表面積(m2/g)10.453325.7348
孔容積(ml/g)_0.02343_0.08653
[0037]從表I可以看出，本發(fā)明制備得到的具備脫硫效果的煤混合物的孔隙結(jié)構(gòu)與石灰石相比具有明顯優(yōu)勢。根據(jù)氣固反應(yīng)原理，較高的比表面積和孔容積有利于氣態(tài)組分的擴散，從而實現(xiàn)較高的反應(yīng)效率。
[0038]實施例2:
[0039]按照本發(fā)明方法制備得到若干典型條件下的具備脫硫效果的煤混合物。表2列出了若干典型制備條件下得到的具備脫硫效果的煤混合物的脫硫效率。測定脫硫效率的實驗過程是在床溫900°C、煤含硫量為0.8%、鈣硫摩爾比1.5、熱功率為160kw的循環(huán)流化床實驗臺上進行。作為比較所制備的具備脫硫效果的煤混合物脫硫效率的基礎(chǔ)和依據(jù)，通過上述實驗過程測得了工業(yè)石灰石的脫硫效率為65%。
[0040]表2典型制備條件下得到的具備脫硫效果的煤混合物的脫硫效率
[0041]

石灰漿液脫硫
實驗石灰平均石灰/水煤的平均煤/石灰
( 邊直時間 Z政率工況粒徑(mm) 質(zhì)量比粒徑(mm) 質(zhì)量比_(min)(%)
151:30.52:11582.6
2101:100.26:11592-4
3301:21.01:12086.7
4501:50.23:13089.9
5101:50.53:13088.4
6101:70.54:13090.2 _7_1_0_1^20_S1O_1jJ_15_85.3
[0042]根據(jù)表2結(jié)果可知，采用本發(fā)明制備得到的具備脫硫效果的煤混合物在循環(huán)流化床實驗臺中的脫硫效率明顯比使用工業(yè)石灰石的脫硫效率高，本發(fā)明有效提高了循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率。
[0043]實施例3:
[0044]使用CaO含量為90%、平均粒徑30mm的塊狀石灰與水按照質(zhì)量比為1:5的比例混合制備得到石灰漿液，靜置20分鐘。將平均粒徑為0.5mm的煤加入至石灰漿液中，煤與塊狀石灰質(zhì)量比為2:1，采用攪拌方式混合均勻，得到煤與石灰漿液混合物。通過采用與原煤混合方法實現(xiàn)降低煤與石灰漿液混合物水分的目的，制備得到具有脫硫效果的煤混合物，混合物中水分質(zhì)量含量為10%、Ca(0H)2含量為2.5%、原煤含量為87.3%。將該煤混合物通過循環(huán)流化床鍋爐的給煤皮帶連同其余燃煤一并加入到爐膛內(nèi)，循環(huán)流化床鍋爐的主要運行參數(shù)為:功率150MW、煤含硫量0.7%、鈣硫摩爾比1.5、平均床溫930°C。作為比較所制備的具備脫硫效果的煤混合物脫硫效率的基礎(chǔ)和依據(jù)，測量了相同運行參數(shù)下的工業(yè)石灰石脫硫效率為62%，采用本方法制備的具備脫硫效果的煤混合物后，脫硫效率為88.5%,本發(fā)明有效提高了循環(huán)流化床鍋爐的脫硫效率。
【權(quán)利要求】
1.一種具備脫硫效果的煤混合物，其特征在于，該混合物的組分及質(zhì)量百分比含量為: 氫氧化鈣2?40%， 原煤50?95%， 其余水和雜質(zhì)； 所述氫氧化I丐顆粒平均粒徑為0.1 μ m?30 μ m,原煤平均粒徑為0.05mm?5mm。
2.一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟: 1)將平均粒徑為5mm?50mm的塊狀石灰倒入水中，石灰與水的質(zhì)量比例為1:2?1:20,制備得到石灰漿液，保持漿液靜置狀態(tài)，使塊狀石灰和水充分反應(yīng)； 2)將平均粒徑為0.05mm?5mm的煤與石灰漿液均勻混合，煤與塊狀石灰的質(zhì)量比為1:1?10:1，得到煤與石灰漿液混合物； 3)降低煤與石灰漿液混合物中的水分，制備得到具備脫硫效果的煤混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于:所述的塊狀石灰中CaO含量至少為80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于:所述的石灰漿液靜置時間為3?30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具備脫硫效果的煤混合物制備方法，其特征在于:所述的降低煤與石灰漿液混合物中水分的方法采用真空吸濾、壓濾、加熱干燥或與原煤混合方法。
6.一種具備脫硫效果的煤混合物的應(yīng)用，其特征在于:將具備脫硫效果的煤混合物與原煤混合利用，作為型煤、燃燒或者氣化過程的原料。
【文檔編號】B01D53/50GK104208998SQ201410432456
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】由長福, 趙碩 申請人:清華大學(xué)