CN101899353B - 一种高温固硫添加剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高温固硫添加剂，含有如下成分：Fe含量2.90～3.50%、SiO2含量25.00～30.00%、Al2O3含量10.90～13.00%、CaO含量52.00～55.00%和MgO含量1.50～3.00%，均以重量百分数计；一种高温固硫剂，是将所述高温固硫添加剂与石灰石固硫剂或生石灰固硫剂按照质量比为1:2.5-3.5的比例混合制得。本发明高温固硫添加剂的各原料来源可靠，因生产利用该高温固硫添加剂的地区一般都具有丰富的煤及伴生资源，就地取材就能满足要求，价格低廉；同时本发明高温固硫添加剂的生产工艺简单、便于工业化生产，生产成本低；本发明高温固硫剂无毒、无金属腐蚀，对锅炉安全运行无影响，粒径小、与煤实现了充分接触；在链条锅炉上使用固硫率达到70%（燃烧温度1200℃）；在露天堆存半个月后，燃烧特性不变，固硫效果不变。
Description
技术领域
本发明涉及一种固硫添加剂及其制备方法，特别涉及一种高温固硫添加剂及其制备方法。
背景技术
我国动力煤平均硫分为1.15%，其中以西南地区为最高，平均全硫达2.43%，而且高硫煤（全硫大于3.00%）占了资源的43.61%，中高硫煤（全硫2.00—3.00%）亦占17.40%，两者之和超过60%，大量直接燃用高硫煤，已经对西南地区的工农业生产和生态环境造成了很大的影响。
近年来，为控制燃煤SO2排放量，从脱硫、固硫的机理研究，到实际应用，都取得了不少的成绩，但真正形成规模生产的少，最主要的原因就是未能解决高温固硫的问题；动力煤燃烧，在400—600℃时，为硫的显著释放阶段，硫释放率达83%；在600—1150℃时，为缓慢释放阶段，约有16%的硫在此温度区间释放，生石灰作为固硫剂，在型煤中生成Ca（OH）2 ，Ca（OH）2性质很活泼，在低温下便与SO2 、SO3发生反应，生成硫酸钙和亚硫酸钙；在高温炉膛中，如温度超过1000℃还可以发生以下反应硫酸钙和亚硫酸钙的可逆反应，生成SO2 和SO3气体排放。为了解决硫排放过多的问题，一些生产单位将动力煤采用洗选加工降低其硫分含量，但经此法的动力煤的硫分含量只能降低到2.5%左右。现有产品已越来越不适应市场的需要，为开发新产品，一些单位也研究开发了高温固硫添加剂，但在实际应用研究过程中，发现其固硫效果并不理想（其最高固硫率只能达到47%），锅炉烟气中SO2浓度达不到环保要求（最低1341mg/nm3,最高为1845 mg/nm3 ）。目前国内外对高温固硫添加剂作了广泛的探索，但大都只在实验室中有一定作用，工业化生产应用效果不好，且高温固硫添加剂的来源少，生产工艺复杂，成本高达1000元/吨以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温固硫添加剂，其应用在高温固硫剂中，能显著提高固硫效果。
本发明的另一目的在于提供上述高温固硫添加剂的制备方法，该制备方法简单、便于工业化推广。
本发明的又一目的在于提供一种高温固硫剂，其固硫效果好。
本发明的再一目的在于提供上述高温固硫剂的制备方法。
本发明的目的是这样实现的（以下涉及的百分数，没特别说明的，均以质量百分数计）：
一种高温固硫添加剂，其特征在于：所述高温固硫添加剂主要含有如下成分：
| 成分 | Fe | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO |
| % | 2.90～3.50 | 25.00～30.00 | 10.90～13.00 | 52.00～55.00 | 1.50～3.00 |
上述成分铁来自含铁原料，纯度越大越好，但纯度大其成本很高，为了降低成本充分利用资源，所述成分铁优选来自工业酸渣原料；上述二氧化硅成分来自含有二氧化硅的原料，最好是纯的二氧化硅，但为了降低成本充分利用资源，所述二氧化硅成分优选来自砂岩；上述氧化铝成分来自含有氧化铝的原料，最好是纯的氧化铝，但为了降低成本充分利用资源，所述氧化铝成分优选来自电厂炉渣或粉煤灰；上述氧化钙和氧化镁成分来自含有氧化钙和氧化镁的原料，最好是纯的氧化钙和氧化镁物质，但为了降低成本充分利用资源，所述氧化钙和氧化镁成分优选来自煤矸石。
更进一步，上述高温固硫剂主要含有如下成分：
| 成分 | Fe | SiO2 | P | S | Al2O3 | CaO | MgO |
| % | 2.91 | 25.66 | 0.046 | 1.263 | 10.9 | 52.21 | 1.52 |
| 成分 | TiO2 | K2O | Na2O | Cu | Zn | Pb | |
| % | 0.74 | 0.715 | 0.053 | 0.042 | 0.041 | 0.01 |
一种高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：以有效量的煤矸石、工业酸渣、发电厂炉渣或粉煤灰和砂岩的混合物料，经高温灼烧制得；所述高温灼烧的温度1400℃～1500℃，所述灼烧时间1.5～3小时。
上述制备高温固硫添加剂的混合物料中，煤矸石占60-75%，工业酸渣占5-8%，发电厂炉渣或粉煤灰占15-30%，砂岩占5-8%。
为了使得高温固硫添加剂用于固硫剂中的固硫效果更好，上述煤矸石的主要成分CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%，MgO含量2.0%～5.0%，以重量百分数计。
上述工业酸渣是硫酸厂酸渣，主要成分Fe2O3 ，其中Fe2O3含量40%～50%，以重量百分数计。
上述发电厂炉渣或粉煤灰，其中Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%。
上述砂岩，其主要成分SiO2含量80%～90%。
具体地说，一种高温固硫添加剂的制备方法，将主要成分为CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%，MgO含量2.0%～5%的煤矸石，Fe2O3含量40%～50%的硫酸厂酸渣, 和Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%的发电厂炉渣，以及主要成分SiO2含量80%～90%的砂岩以质量比为65:6:22:7的比例掺配后，在温度1400℃的高温下灼烧3小时，再进行磨矿、筛分分级，制得高温固硫添加剂。
一种高温固硫剂，是将上述高温固硫添加剂与固硫剂按照质量比为1：2.5-3.5，优选为1：3的比例混合制得。
上述固硫剂为石灰石固硫剂或生石灰固硫剂，优选为CaO含量85%～95%的生石灰固硫剂。
一种高温固硫剂的制备方法，首先将上述高温固硫添加剂与CaO含量85%～95%的生石灰固硫剂按照质量比为1:3搅拌均匀，加入质量浓度为5%-8%的工业用NaCL盐溶液，在20-30℃空气中脱水干燥2-4小时，制得高温固硫剂。
本发明具有如下的有益效果：
①本发明高温固硫添加剂的各原料来源可靠，因生产利用该高温固硫添加剂的地区一般都具有丰富的煤及伴生资源，就地取材就能满足要求，价格低廉；同时本发明高温固硫添加剂的生产工艺简单、便于工业化生产，生产成本低。
②本发明高温固硫剂添加剂与传统固硫剂配合，其固硫效果好，固硫率可达70%，能使洗选加工后硫分为2.5%的动力用煤，在链条锅炉或煤粉炉上燃烧时实现固硫、达标排放。
③本发明高温固硫剂无毒、无金属腐蚀，对锅炉安全运行无影响，粒径小、与煤实现了充分接触；在链条锅炉上使用固硫率达到70%（燃烧温度1200℃）；在露天堆存半个月后，燃烧特性不变，固硫效果不变。
④使用本发明高温固硫剂减少了SO2污染，以发明人所在的干坝子洗选厂建立形成的50万吨/年高硫动力煤使用本发明高温固硫剂产品为计算，每年可减排SO2 1.75万吨（50万吨×2.5%×70%×2=1.75万吨/年），本发明高温固硫剂在该领域的节能减排上作出了较大的贡献。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
一种高温固硫添加剂的制备方法，将主要成分为CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%， MgO含量2.0%～5.0%的煤矸石，与主要成分为Fe2O3 ，Fe2O3含量40%～50%的硫酸厂酸渣, 和主要成分为Al2O3，Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%的发电厂炉渣，以及主要成分为SiO2，SiO2含量80%～90%的砂岩掺配后（掺配用量比例为70:8:15:7，以重量比计），在温度1400℃的高温下灼烧1.5小时，再进行磨矿、筛分分级，粒径小于0.1mm的筛下物为合格产品，粒径大于0.1mm的筛上物继续返回磨矿，并加入10%的发电厂粉煤灰，最终制得粒径≤0.1mm的高温固硫添加剂。
实施例2
一种高温固硫添加剂的制备方法，将主要成分为CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%， MgO含量2.0%～5.0%的煤矸石，与主要成分为Fe2O3 ，Fe2O3含量40%～50%的硫酸厂酸渣, 和主要成分为Al2O3，Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%的发电厂炉渣，以及主要成分为SiO2，SiO2含量80%～90%的砂岩掺配后（掺配用量比例为65:6:22:7，以重量比计），在温度1500℃的高温下灼烧3小时，再进行磨矿、筛分分级，制得高温固硫添加剂。
实施例3
一种高温固硫剂是首先将实施例1制得的高温固硫添加剂与CaO含量为85%的生石灰固硫剂按照质量比为1:3搅拌均匀，加入质量浓度为6%的工业用NaCL盐溶液，在23℃空气中脱水干燥3小时，制得高温固硫剂。
实施例4
一种高温固硫剂是首先将实施例2制得的高温固硫添加剂与CaO含量为90%的生石灰固硫剂按照质量比为1:2.5搅拌均匀，加入质量浓度为8%的工业用NaCL盐溶液，在26℃空气中脱水干燥2小时，制得高温固硫剂。
实施例5
一种高温固硫添加剂的制备方法，将主要成分为CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%， MgO含量2.0%～5.0%的煤矸石，与主要成分为Fe2O3 ，Fe2O3含量40%～50%的硫酸厂酸渣, 和主要成分为Al2O3，Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%的粉煤灰，以及主要成分为SiO2，SiO2含量80%～90%的砂岩掺配后（掺配用量比例为60:5:30:5，以重量比计），在温度1450℃的高温下灼烧2小时，再进行磨矿、筛分分级，制得高温固硫添加剂。再将制得的高温固硫添加剂与CaO含量为88%的生石灰固硫剂按照质量比为1:3.5搅拌均匀，加入质量浓度为5%的工业用NaCL盐溶液，在21℃空气中脱水干燥4小时，制得高温固硫剂。
一、使用实施例3制得的高温固硫剂对不同燃烧煤的固硫效果试验：
1、试验步骤:
①将自备电厂的1台5t/h链条炉改为高硫煤洁净成型燃烧试验炉；
②取非冶炼精煤生产中粒径≤13mm的精煤250吨，其中，精煤1#样60吨，精煤2#样60吨，配制型煤1#样60吨，配制型煤2#样60吨；取混煤120吨，其中混煤3#样60吨，配制型煤3#样（15-20%）60吨；精煤1#和精煤2#均为非冶炼精煤生产中≤13mm的精煤，精煤1#和精煤2#成分是一样的，只是做了两个批次的试验将其编号；型煤1#和型煤2#是分别在精煤1#和精煤2#中加入了以质量百分数计的15-20%的本发明高温固硫剂的煤；混煤3#是粒径≤13mm的原煤，型煤3#是在混煤3#中加入以质量百分数计的15-20%的本发明高温固硫剂的煤。
③锅炉燃烧，选择2台5t/h链条炉，其中，1台为普通高硫煤燃烧试验炉，散烧精煤1#和2#以及混煤3#；1台为高硫煤洁净成型燃烧试验炉，成型燃烧型煤1#、2#、3#；针对每对试验煤样，由2名司炉工，采取相同工况作业；
④热工和环保测试,在正常工况下进行测试。
2、试验结果：见表1。
表1 不同燃烧煤的固硫效果试验
从工业性试验结果可以看出,三次试验,型煤1#、2#、3#的SO2初始浓度均<1200mg/nm3，固硫率均达到70%以上，说明本发明固硫剂具有明显可靠的固硫效果。
二、高温固硫添加剂选择性试验
发明人还对6种添加剂作了选择性试验，并对其中较好的几种作了不同温度下的固硫试验，试验结果如表2：
①同温度（1150℃）、同钙硫比（2：1）、同添加量（1.0%）条件下的固硫试验。
表2 同温同钙比下不同添加剂的固硫率
由表2可以看出,除1#添加剂外,加入2#—6#添加剂其固硫率均有一定的提高，其中添加本发明固硫添加剂效果最显著，提高为16.82%。注：艾士卡为一般市售商品化学试剂。
②不同添加剂量对固硫率的影响
在同温（1150℃）同钙比（2：1）的条件下，分别考察3#、4#、6#添加剂加量对固硫率的影响，其试验结果如表3：
表3 不同添加量对固硫率的影响
从表中可见，3#、4#、6#的最佳添加剂量分别为0.7%、0.7%、1.0%、3.5%。
③添加剂在不同温度下的固硫效果
在各添加剂最佳添加剂量下，对3#、4#、6#分别作了从900—1300℃固硫试验，试验结果见表4：
表4 不同添加剂不同温度下的固硫率
由表4的结果可以看出，随着炉温的升高，添加剂的固硫率逐渐降低，根据表4的结果，在表中的不同温度下，添加本发明固硫添加剂的固硫率均为最高。
三、工业应用综合试验
表5 固硫添加剂在不同试验对象的环保测试结果表
工业性应用综合试验表明，采用本发明的高温剂能够显著降低高硫动力洗精煤燃烧时二氧化硫排放浓度，达到国家环保要求。本发明的高温固硫剂具有来源广泛，价格低廉（≤250元/吨），无毒环保，高温固硫效果可靠等特征。见表5。
Claims (11)
1.一种高温固硫添加剂，其特征在于：所述高温固硫添加剂主要包括下述成分，以重量百分数计：
2.如权利要求1所述的高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：以有效量的煤矸石、工业酸渣、发电厂炉渣或粉煤灰和砂岩的混合物料，经高温灼烧制得；所述高温灼烧的温度1400℃～1500℃，所述高温灼烧时间1.5～3小时。
3.如权利要求2所述的高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：所述制备高温固硫添加剂的混合物料中，煤矸石占60～75%，工业酸渣占5～8%，发电厂炉渣或粉煤灰占15～30%，砂岩占5～8%，均以重量百分数计。
4.如权利要求2或3所述的高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：所述煤矸石的主要成分CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%，MgO含量2.0%～5.0%，以重量百分数计。
5.如权利要求4所述的高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：所述工业酸渣是硫酸厂酸渣，其中Fe2O3含量40%～50%，以重量百分数计。
6.如权利要求5所述的高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：所述发电厂炉渣或粉煤灰，其中Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%；所述砂岩，其主要成分SiO2含量80%～90%，均以重量百分数计。
7.如权利要求2所述的高温固硫添加剂的制备方法，其特征在于：将主要成分为CaCO3、MgCO3，CaO含量40%～50%，MgO含量2.0%～5%的煤矸石，Fe2O3含量40%～50%的硫酸厂酸渣, 和Al2O3的含量20～30%，活性比70%～75%的发电厂炉渣，以及主要成分SiO2含量80%～90%的砂岩以质量比为65:6:22:7的比例掺配后，在温度1400℃的高温下灼烧3小时，再进行磨矿、筛分分级，制得高温固硫添加剂。
8.一种高温固硫剂，是将如权利要求1所述的高温固硫添加剂与固硫剂按照质量比为1:2.5～3.5的比例混合制得。
9.如权利要求8所述的高温固硫剂，其特征在于：所述固硫剂为石灰石固硫剂或生石灰固硫剂。
10.如权利要求8或9所述的高温固硫剂，其特征在于：所述高温固硫添加剂与固硫剂的质量比为1:3，所述固硫剂为生石灰固硫剂，生石灰固硫剂的CaO含量85%～95%。
11.如权利要求8或9所述高温固硫剂的制备方法，其特征在于：首先将所述高温固硫添加剂与CaO含量85%～95%的生石灰固硫剂按照质量比为1:3搅拌均匀，加入质量浓度为5%～8%的工业用NaCl盐溶液，在20～30℃空气中脱水干燥2～4小时制得。
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