煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑及使用方法

2023-11-05 03:15:32 3

專利名稱：煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑及使用方法
技術領域：
本發明煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑及使用方法，屬於環境保護和煤炭潔淨轉化等方面的研究領域。
目前，煤中硫、氮脫除的方法大致可以分為煤轉化之前，採用物理化學法對原煤進行處理的爐前脫除、煤轉化之後生成的氣體冷卻到適宜於氣體脫硫劑使用的溫度而進行的爐後脫除和在煤轉化過程中進行硫氮形態轉化的爐內脫除三類。將特定的添加劑與煤一起送入氣化爐內，在煤熱解、氣化的同時將硫分以固體物料的形式固定下來，隨灰渣一起排放出去的爐內脫硫法，不失為一種好的脫硫方法。而添加劑的存在具有可同時將氮轉化為環境可接受的氮氣的方法操作簡單，經濟可行，應該是更進一步的硫、氮脫除法。
熱解是煤受熱轉化的基礎步驟，也是其必經之步，煤中的硫、氮在開始受熱過程中發生的化學反應同煤的熱解過程相似，也要經歷一系列的分解、縮聚反應。因硫、氮存在形態以及反應條件的不同，將會釋放出各種不同形態的含氮、含硫物(如NOx，N2O，HCN，NH3和N2以及H2S和SO2等等)，在煤熱解、氣化的還原性氣氛中形成的主要是氮、硫氧化物的前驅體HCN，NH3和H2S。為了減少對環境有害的SOx和NOx的形成和排放，進行SOx和NOx形成之前複雜的前驅物的研究，並在此基礎上進行煤熱解、氣化過程中爐內硫、氮同時脫除，這是一條具有高效率、低成本的改善高硫、氮煤有效利用的途徑之一。
本發明煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑，其特徵在於由含鈣、鐵、矽的化合物為主，鈉和其它調節劑為輔組成的混合物，其組份為Fe/Ca 0.3-0.9；Si/Ca 0.2-0.5；其調節劑由鹼金屬和鹼土金屬氧化物組成。
上述的煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑的轉化方法，其特徵在於是採用以含鈣、鐵、矽化合物和調節劑間協同作用，進行硫氮化合物釋放的抑制或向無害化形態轉化的方法。
上述的煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑的轉化方法，其特徵在於轉化劑以鈣為基準，選擇Ca/S為1.0-2.5；鐵、矽化合物按照Fe/Ca0.3-0.9；Si/Ca 0.2-0.5進行計算；鈉的添加視反應氣氛的不同進行調整，調節劑由鹼金屬和鹼土金屬氧化物組成，其添加比例視煤灰成分來進行調整。
上述的煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑的轉化方法，其特徵在於添加劑添加量在含水蒸氣氣氛中的Ca/S比可降低到1.0-1.5，且需用2％-7％鈉鹽水溶液對含鈣化合物進行浸泡，氣化殘渣不需處理；在不含水蒸氣氣氛中，Ca/S需提高到1.5-2.5，氣化殘渣排出之前需進行800-900℃下的氧化處理。
煤氣化體系處於一種還原性氣氛，所形成的含硫氣體90％以上是以H2S的形式放出。本發明的轉化劑主要採用白雲石或石灰石，主要固硫成分為CaO或CaCO3，形成的CaS在高溫條件下非常穩定，但在潮溼的空氣中易於分解重新釋放出H2S二次汙染物，因此需在排出爐膛之前進行進一步氧化，轉化為環境可接收的CaSO4形式。
煤樣中添加量的多少不是完全確定固硫效率的因素，在煤樣表面形成的活性鈣的多少和分散性能好壞才是其關鍵，添加量太多將存在著廢渣排放和處理的問題。白雲石作為轉化劑，因其含有大量的MgO，形成的CaO晶格孔結構有利於CaS向CaSO4的轉化，但是反應氣氛不同MgO的作用也不同，水蒸氣存在下，由於其聚結形成的緻密物會影響到CaO的孔結構而具有副作用。
添加劑含雜質不同，或者加入不同的調節劑後引起相應的分解溫度變化，分解溫度越低，固硫效果越好。石灰石粒度、預處理方式和起調變用的調節劑的加入是關鍵問題。調節劑的選擇需要在一定程度上促進石灰石的催化和固硫作用；同時添加劑的組合需要協調其對煤氣化殘渣中酸鹼性能的需求；重要的是還需具有促使氮化物形態變化的作用。
在煤氣化過程中，煤中的氮以氮氧化物的前驅體NH3、HCN以及N2、NOx的形式釋放或殘留於氣化殘渣之中，因環境氣氛的不同各種氮化物的分配比例也不同。金屬化合物存在，將對氮化物釋放的形態變化起到一定的作用。具有固硫作用的鈣離子同時可與煤/焦中的N作用生成CaCmNn，然後CaCmNn分解為CaCx和N2。添加物鐵在固相中同樣起作用生成FeCxNy，然後FeCxNy分解為FeCx和N2。但如果CaCxNY或FeCxNy與焦中的H作用時，就可能形成NH3，而不利於NOx前驅體向N2方向的轉化，針對不同的反應氣氛需要採用不同形態或不同比例的次添加物進行調變。
石灰石及其次添加劑與煤的共混物在受熱過程中，將會減少煤的結焦性，提高煤焦與氣化劑的接觸，添加劑分布於煤焦表面後增加了煤焦表面的活性位，同時也提高了煤樣的氣化效率。添加劑在煤表面的分散性是其作用很好發揮的重要因素，在煤/煤焦表面分散度越高，作用效果越好。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1反應氣氛中不含水蒸氣的煤氣化用反應系統中，添加劑Ca/S比控制在2.5∶1，首先將石灰石或白雲石粉碎至0.25-1.00mm的粒度，然後添加含鐵、矽和一種視煤樣本身所含灰分而定的調節性化合物，其添加量以Ca為基準，Fe/Ca、Si/Ca比分別為0.8∶1、0.3∶1，混合均勻的添加劑複合物再與煤樣均勻共混，作為氣化用煤樣，進行不含水蒸氣氣氛下煤的氣化，在氣化殘渣排放之前溫度尚未冷卻之時進行800-900℃的氧化。
實施例2對於水蒸氣氣化反應系統，添加劑的添加量可以適當降低，Ca/S比控制在1∶1，選擇熱分解溫度較低的石灰石(或含少量白雲石的石灰石)粉碎至0.25-1.00mm的粒度，使用5％NaCl水溶液對其浸泡過夜，乾燥後添加鐵、矽和一種視煤樣本身所含灰分而定的調節酸鹼性的調節用化合物，其含量以Ca為基準，Fe/Ca、Si/Ca比分別為0.5∶1、0.2∶1，混合均勻的添加劑複合物再與煤樣共混，作為氣化用煤樣，進行水蒸氣氣氛中煤的氣化，氣化殘渣中硫和部分氮可以與添加劑形成一個結構未知的複合物，該複合物穩定性較好可以直接排放。
權利要求
1.煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑，其特徵在於由含鈣、鐵、矽的化合物為主，鈉和其它調節劑為輔組成的共混物，其組份為Fe/Ca0.3-0.9；Si/Ca 0.2-0.5；其調節劑由鹼金屬和鹼土金屬氧化物組成。
2.權利要求1所述的煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑的轉化方法，其特徵在於是採用以含鈣、鐵、矽化合物和調節劑間協同作用，進行硫氮化合物釋放的抑制或向無害化形態轉化的方法。
3.根據權利要求2所述的煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑的轉化方法，其特徵在於轉化劑以鈣為基準，選擇Ca/S為1.0-2.5；鐵、矽化合物按照Fe/Ca 0.3-0.9；Si/Ca 0.2-0.5進行計算；鈉的添加視反應氣氛的不同進行調整，調節劑由鹼金屬和鹼土金屬氧化物組成，其添加比例視煤灰成分來進行調整。
4.根據權利要求3所述的煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑的轉化方法，其特徵在於添加劑添加量在含水蒸氣氣氛中的Ca/S比可降低到1.0-1.5，且需用2％-7％鈉鹽水溶液對含鈣化合物進行浸泡，氣化殘渣不需處理；在不含水蒸氣氣氛中，Ca/S需提高到1.5-2.5，氣化殘渣排出之前需進行800-900℃下的氧化處理。
全文摘要
煤中硫氮有害元素定向轉化添加劑及使用方法，屬於環境保護和煤炭潔淨轉化利用等領域。本發明主要是涉及一種添加劑共混物，其主體是含鈣化合物和具有調變作用的含鐵，含鈉化合物和SiO
文檔編號C10L10/00GK1459492SQ0311220
公開日2003年12月3日 申請日期2003年5月9日 優先權日2003年5月9日
發明者謝克昌, 常麗萍, 趙煒, 馮傑 申請人:太原理工大學