一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的工藝及裝置的製作方法

2023-10-04 13:56:39

專利名稱：一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的工藝及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用煤粉製備粉末狀活性焦的工藝及裝置，該粉末狀活性焦是一種高效吸附劑，適用於幹法脫硫工藝。
背景技術：
目前國內外主要採用的脫硫工藝為鈣系脫硫劑的溼法或半乾法的煙氣脫硫工藝。其特點是技術成熟可靠，脫硫效率高，原料易得。但是仍存在耗水量大、二次汙染、投資高等缺陷。我國是世界上水資源嚴重缺乏的國家之一，特別是許多燃煤電廠處於水資源嚴重缺乏而煤炭資源豐富的西部地區，因此，耗水量大的溼法脫硫技術的推廣應用受到很大的限制。另外，隨著溼法及半乾法脫硫技術的推廣，需要開採大量石灰石作為脫硫劑，造成了當地大量的山體巖石被採光，需要到更遠地方尋找新的石灰石資源，這樣不僅增加了脫硫成本，而且對當地的生態環境造成嚴重破壞。活性焦煙氣脫硫技術是一種先進的幹法煙氣脫硫技術，脫硫效率高，脫硫過程中不使用水，無廢水、廢渣等二次汙染問題。目前工業應用的活性焦為直徑為5mm 8mm的柱狀活性焦，但是存在製造工藝複雜、價格昂貴、機械強度較低、損耗大的問題，嚴重限制了活性焦脫硫技術在我國的應用，目前市場上德國的BF公司和日本的三井礦山生產的活性焦價格為每噸大約900 1000美元，國產活性焦產品價格為每噸大約3000 6000元。國內對活性焦研究主要從活性焦原料及造粒技術方面入手來降低價格、提高機械強度，如申請號為01141393.X和2009100830478的中國專利申請，這些工藝雖然一定程度上提高了活性焦的性能、降低活性焦的生產成本，但是活性焦的主要成本在於活性焦成型造粒，因此現成技術仍未從根本上解決活性焦的生產成本高、製備工藝較複雜的問題。

發明內容
針對柱狀活性焦存在的缺點和不足，本發明的提出了一種煤質粉末狀活性焦製備工藝及裝置，在電廠、鋼廠等地直接利用鍋爐燃燒用煤粉進行活性焦的製備。為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案:以煤粉為原材料，經與煙氣快速反應製備脫硫用粉末狀活性焦，具體步驟包括:從鍋爐抽取溫度為200-800°C的煙氣作為攜帶煤粉用的給料風，送入氣流床快速反應爐，與反應氣混合快速反應後，經分離器分離，得到具有脫硫性能的粉末狀活性焦及還原性可燃氣體。所述的煤粉為鍋爐燃用的煤粉，煤粉的粒度為20 500 μ m。所述反應氣為煙氣和水蒸氣的混合物，或者氧氣和水蒸氣的混合物，或者煙氣、氧氣和水蒸氣三者的混合物，反應氣溫度為500°C 1500°C。所述煤粉在氣流床快速反應爐內反應時間為1-60S，反應壓力為常壓。所述反應氣與煤粉的摩爾比為0.2-1.5。所得還原性可燃氣體包含一氧化碳、氫氣、甲烷及乙烷。
一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的裝置，所述裝置的主體為氣流床快速反應爐，所述氣流床快速反應爐的爐體內層為耐火保溫層，爐體的兩側對稱分布有給料風噴口和反應氣噴口，所述反應氣噴口位於給料風噴口的上端，所述快速反應爐底部設有排渣口，上端為可燃氣體與活性焦產品出口，出口設有分離器。所述給料風噴口和反應氣噴口位於氣流床快速反應爐的下部。所述分離器選用多級分離方式或布袋除塵器。所述給料風噴口位於氣流床快速反應爐的下部，所述反應氣噴口位於氣流床快速反應爐的中上部。本發明以煤粉為脫硫用活性焦製備的原料，從鍋爐抽取200°C -800°C煙氣，對煤粉進行低溫氧化，之後攜帶煤粉從快速反應爐側牆噴嘴送入爐膛。反應氣溫度為500-1500 V，並包含有一定配比的氧氣及煙氣或者氧氣、水蒸氣或者三者混合物，通過調整氣氛的配比可以控制反應溫度。反應溫度控制在500-1500°C範圍內，由於煤粉的複雜多樣性，具體需根據具體情況來進行調整。煤粉輸送階段完成低溫氧化，送入反應室後完成快速熱解，揮發分及焦油析出，揮發分與焦油與反應氣中的氧氣發生反應釋放出一定熱量提升爐膛溫度，並形成具有一定孔隙的半焦，半焦與反應氣中的氧化性氣體氧氣、二氧化碳、水蒸氣發生反應，對半焦進行進一步的開孔及擴孔，形成具有豐富孔隙結構的活性焦，並且產生具有一定濃度的還原性可燃氣體，在快速反應爐內發生的主要反應包括:C+C02=2C0 ；C+H20=C0+H2 ；

C+02=C02 ；2C+02=2C0 ；C+2H2=CH4。本發明中煤粉快速反應製備脫硫用粉末狀活性焦，將活性焦的製備工藝進一步簡化，將佔據活性焦主要生產成本的造粒成型工藝省去。同時本發明所採用的粉末狀活性焦製備快速反應爐，由於其製備原料採用鍋爐燃燒的煤粉，爐型簡單，佔地面積較小，因此可以直接在電廠或鋼廠建設，實現活性焦的使用地原位製備，減少了大量的長途運輸費用。這樣不僅減少佔地面積及生產成本，而且省去了運輸成本，大大提高生產效率。採用本發明提出的活性焦製備工藝具有良好的應用前景，由於使用的原料為煤粉，能夠實現反應氣體與原材料的充分接觸，這樣不僅大大縮短了反應時間，而且使最終產品粉末狀活性焦達到性能穩定的目標成為可能；採用鍋爐的過熱蒸汽與煙氣混合作為活化齊U，明顯提高反應效率，同時能夠使裝置系統得以簡化。另外，採用這種快速反應爐進行活化加工時，可對產自活化反應過程的氫氣、一氧化碳和甲烷等還原性氣體進行有效回收並用作再燃燃料，降低鍋爐內煤粉燃燒過程中氮氧化物生成，提高整個工藝的能源效率。


圖1本發明煤粉與反應氣自快速反應爐底部送入爐內實施實例的示意圖；圖2本發明煤粉與反應氣不同位置分步送入爐內實施實例的示意圖；其中:1.氣流床快速反應爐、2.耐火保溫層、3.給料風噴口、4.排渣口、5.反應氣噴口、6.爐渣、7.可燃氣體、8.粉末活性焦、9.旋風分離器。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。實施例1結合附圖1，本實施實例中，所採用的原料煤為隆德煙煤，煤粉平均粒徑為75μπι。使用的氣流床快速反應爐I的爐體內層為耐火保溫層2，反應壓力為常壓。具體步驟為:一、從氣流床快速反應爐I的尾部煙道中由風機抽取溫度為300°C的低溫煙氣，攜帶由煤粉倉流出的煤粉經給料風噴口 3送入氣流床快速反應爐1，煤粉在輸送過程中完成低溫氧化。二、反應氣為鍋爐中抽取的溫度為900°C的煙氣以及空氣預熱器出口 200°C熱風混合物，混合物溫度為800°C。反應氣經反應氣噴口 5送入反應室內，為粉末活性焦的製備提供反應氣氛。三、煤粉顆粒隨氣流流動並在氣流床快速反應爐I內完成熱解及活化後形成具有一定性能的粉末狀活性焦及可燃氣體，之後氣流進入旋風分離器9，在旋風分離器中完成氣固分離，得到可燃氣體7及平均比表面積為100 300m2/g的粉末狀活性焦8。可燃氣體7可送入鍋爐爐膛用作點火用氣體，或者送入爐膛上部燃燒，形成一個還原性氣氛，減少NOx的生成量。反應過程中生成的爐渣6從排渣口 4排除。實施例2結合附圖2，本實施實例中，所採用的原料煤為隆德煙煤，煤粉平均粒徑為75μπι。使用的氣流床快速反應爐I的爐體內層為耐火保溫層2，反應壓力為常壓。具體步驟為:一、從氣流床快速反應爐I的煙道中由風機抽取溫度為700°C的低溫煙氣，攜帶由煤粉倉流出的煤粉經給料風噴口 3送入氣流床快速反應爐1，煤粉在輸送過程中完成低溫氧化。

二、反應氣為鍋爐中抽取的溫度為1000°C的煙氣與過熱水蒸氣及熱風的混合物，混合物溫度為850°C。反應氣自反應室中上部經反應氣噴口 5送入反應室內，實現揮發分的燃燒，再次提高反應室溫度，同時對煤粉進行活化，粉末活性焦的製備提供反應氣氛對煤粉活化。三、煤粉顆粒隨氣流流動並在氣流床快速反應爐I內完成熱解及活化後形成具有一定性能的粉末狀活性焦及可燃氣體，之後氣流進入旋風分離器9，在旋風分離器中完成氣固分離，得到可燃氣體7及具有一定比表面積的粉末狀活性焦8。可燃氣體7可送入鍋爐爐膛用作點火用氣體，或者送入爐膛上部燃燒，形成一個還原性氣氛，減少NOx的生成量。反應過程中生成的爐渣6從排渣口 4排除。
權利要求
1.一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的工藝，其特徵是，以煤粉為原材料，經與煙氣快速反應製備脫硫用粉末狀活性焦，具體步驟包括:從鍋爐抽取溫度為200-800°C的煙氣作為攜帶煤粉用的給料風，送入氣流床快速反應爐，與反應氣混合快速反應後，經分離器分離，得到具有脫硫性能的粉末狀活性焦及還原性可燃氣體。
2.根據權利要求1所述的一種脫硫用粉末狀活性焦製備工藝，其特徵是，所述的煤粉為鍋爐燃用的煤粉，煤粉的粒度為20 500 μ m。
3.根據權利要求1所述的一種脫硫用粉末狀活性焦製備工藝，其特徵是，所述反應氣為煙氣和水蒸氣的混合物，或者氧氣和水蒸氣的混合物，或者煙氣、氧氣和水蒸氣三者的混合物，反應氣溫度為500°C 1500°C。
4.根據權利要求1所述的一種脫硫用粉末狀活性焦製備工藝，其特徵是，所述煤粉在氣流床快速反應爐內反應時間為l-60s，反應壓力為常壓。
5.根據權利要求1所述的一種脫硫用粉末狀活性焦製備工藝，其特徵是，所得還原性可燃氣體包含一氧化碳、氫氣、甲燒、乙燒。
6.根據權利要求1-5所述的一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的工藝所用的裝置，其特徵是，所述裝置的主體為氣流床快速反應爐，所述氣流床快速反應爐的爐體內層為耐火保溫層，爐體的兩側分別對稱分布有一對給料風噴口和反應氣噴口，所述反應氣噴口位於給料風噴口的上端，所述快速反應爐底部設有排渣口，快速反應爐上端為可燃氣體與活性焦產品出口，出口設有分離器。
7.根據權利要求6所述的一種脫硫用粉末狀活性焦製備工藝，其特徵是，所述給料風噴口和反應氣噴口位於氣流床快速反應爐的下部。
8.根據權利要求6所述的一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的裝置，其特徵是，所述分離器選用多級分離方式或布袋除塵器。
9.根據權利要求6所述的一種脫硫用粉末狀活性焦製備工藝，其特徵是，所述給料風噴口位於氣流床快速反應爐的下部，所述反應氣噴口位於氣流床快速反應爐的中上部。
全文摘要
本發明涉及一種利用煤粉快速製備脫硫用粉末狀活性焦的工藝及裝置，生產具有一定脫硫性能的粉末狀活性焦產品及還原性可燃氣體，工藝採用20-500μm的煤粉為原料，在氣流床快速反應爐中經1-60秒的停留時間製得脫硫用粉末狀活性焦及副產品還原性氣體。本發明有三個特點一、可以直接利用鍋爐燃用的煤粉製備脫硫活性焦，實現燃煤電廠脫硫劑的原位製備，降低活性焦的生產和運輸成本；二、活性焦生產中產生的還原性可燃氣體可作為再燃燃料送入鍋爐，降低煤粉燃燒時氮氧化物生成量，提高整個工藝的能源效率；三、能夠對二氧化硫回收並可將高濃度二氧化硫還原為單質硫，實現二氧化硫的資源化利用。
文檔編號B01J20/30GK103224235SQ20131017638
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月13日 優先權日2013年5月13日
發明者馬春元, 張振, 王濤, 於洲 申請人:山東大學