韋佳鈺 任慧琴 張 健 穆金琴

電石渣干法固硫性能的實(shí)驗(yàn)研究

韋佳鈺 任慧琴 張 健 穆金琴

貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院

用熱分析儀做出的煤燃燒、電石渣熱分解、煤和電石渣的混合式樣反應(yīng)和固硫反應(yīng)的TG曲線和DTG曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行分析，在三種實(shí)驗(yàn)條件下，鈣硫摩爾比為1.5時(shí)的固硫效果最好，添加催化劑Al2O3對(duì)固硫反應(yīng)有促進(jìn)作用。

電石渣 干法 固硫 催化劑

1 前言

二氧化硫是大氣的主要污染物之一，我國(guó)又是世界上二氧化硫的最大排放國(guó)?；痣姀S的煙氣脫硫是減少二氧化硫排放最有效的措施。煙氣脫硫就是將脫硫劑與煙氣中的二氧化硫等酸性氣體反應(yīng)，生成脫硫產(chǎn)物，從而降低煙氣中酸性氣體含量的過(guò)程。在煤的燃燒中采用鈣基固硫技術(shù)脫除SO2等氣體污染物，是實(shí)現(xiàn)高效清潔燃燒的有效措施之一，研究表明，在鈣基固硫劑中摻入微量添加劑可以有效提高鈣基固硫劑的固硫率。工業(yè)廢料電石渣的主要成分是氫氧化鈣，我們可以利用電石渣中的鈣基來(lái)進(jìn)行脫硫，實(shí)現(xiàn)以廢制廢的目的。

2 電石渣脫硫性能分析

電石渣的主要成份是Ca(OH)2,由于暴露在空氣中，一部分Ca(OH)2與空氣中的CO2反應(yīng)生產(chǎn)CaCO3,電石渣脫硫原理就是利用其組分中的Ca(OH)2吸收燃煤所產(chǎn)生的SO2廢氣，生產(chǎn)硫酸鹽，其反應(yīng)式如下：

Ca(OH)2→ CaO + H2O

CaO + SO2+ 1/2 O2→ CaSO4

CaCO3→ CaO + CO2

CaO + SO2+O2→ CaSO3

圖1 電石渣與煤?jiǎn)为?dú)及混合燃燒的TG曲線

由圖1可知，電石渣的熱分解過(guò)程有三個(gè)失重階段，在100℃左右，電石渣中的水分析出，在450.5℃時(shí)，電石渣中的Ca(OH)2開(kāi)始分解生成CaO和H2O，在757.3℃時(shí)，電石渣中CaCO3開(kāi)始分解生產(chǎn)CaO和CO2，在829.5℃時(shí)達(dá)到恒重。煤在458.6℃時(shí)開(kāi)始燃燒反應(yīng)，并在643.0℃時(shí)燃燒完全達(dá)到恒重。將煤與電石渣混合進(jìn)行燃燒反應(yīng)，其反應(yīng)特性中和了電石渣和煤?jiǎn)为?dú)燃燒時(shí)的燃燒特性，且電石渣的熱分解產(chǎn)物CaO與煤的燃燒產(chǎn)物SO2反應(yīng)生成了硫酸鹽，發(fā)生了固硫反應(yīng)。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)樣品說(shuō)明

實(shí)驗(yàn)所用電石渣與煤均取自于貴州某樹(shù)脂廠。將電石渣放于烘干爐中，在100℃左右的溫度下烘制兩小時(shí)后取出，待其冷卻后磨碎，并用150目的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，將煤磨制成粉，也用150目的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，同時(shí)將電石渣與煤都放于干燥箱中備用。

3.2 實(shí)驗(yàn)樣品配樣說(shuō)明

干燥基煤質(zhì)指標(biāo)及電石渣化學(xué)組成見(jiàn)表1，表2。

表1　實(shí)驗(yàn)煤樣的煤質(zhì)分析

表2　電石渣化學(xué)組成

根據(jù)電石渣中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及煤中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)電石渣和煤的質(zhì)量，將樣品配置成鈣硫摩爾比分別為1.3、1.5、1.8的混合試樣，放在干燥箱中備用。

3.3 實(shí)驗(yàn)條件說(shuō)明

分別取干燥后的煤粉和電石渣各15mg左右送入同步熱分析儀STA409的坩堝中進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)。在保護(hù)氣氛N2為15mL/min、吹掃氣氛O2為40mL/min、升溫速率為15K/min的條件下從25℃加熱到900℃，記錄熱失重曲線，并計(jì)算其殘留質(zhì)量作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與討論

4.1 電石渣的固硫反應(yīng)曲線分析

由圖2可知，曲線3是鈣硫摩爾比為1.8的固硫反應(yīng)曲線，固硫反應(yīng)從501.5℃開(kāi)始，煤燃燒反應(yīng)生成的SO2和CO2分別與CaO（Ca(OH)2分解生成）和Ca(OH)2（未分解）反應(yīng)，生成CaSO4和CaCO3，曲線呈上升趨勢(shì)，電石渣的質(zhì)量增加，由固硫反應(yīng)的DTG曲線可知，在602.8℃時(shí),固硫反應(yīng)速率達(dá)到最大值8.93%/min。反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，在650.6℃時(shí)，SO2和CO2被最大限度吸收。在650.6℃之后，生成的CaCO3開(kāi)始分解生成CO2和CaO，曲線呈下降趨勢(shì)，電石渣的質(zhì)量下降，在795.9℃時(shí)，反應(yīng)完成，質(zhì)量恒定。由曲線2和曲線3可知，固硫反應(yīng)的殘余質(zhì)量大于電石渣熱分解的殘余質(zhì)量，證明電石渣具有固硫效果。

圖2 電石渣固硫反應(yīng)曲線

4.2 不同鈣硫摩爾比下混合試樣的反應(yīng)曲線分析

圖3為不同鈣硫摩爾比電石渣與煤混合試樣TG曲線和DSC曲線，從TG曲線上可以看出，鈣硫摩爾比為1.5的TG曲線反應(yīng)的起始點(diǎn)為450.2℃，與鈣硫摩爾比為1.3（起始點(diǎn)為462.7℃）和1.8（起始點(diǎn)為461.0℃）相比，為最低，即鈣硫摩爾比為1.5時(shí)，電石渣最先與煤中的SO2反應(yīng)。鈣硫摩爾比為1.5時(shí)，終止點(diǎn)為898.4℃，且殘留質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為49.29％。與鈣硫摩爾比為1.3（終止點(diǎn)為898.1℃、殘留質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為48.20％）和1.8（終止點(diǎn)為898.4℃、殘留質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為47.53％）相比，溫度差最大，反應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，殘留質(zhì)量最多。鈣硫摩爾比為1.5的TG曲線的第1失重臺(tái)階和第2失重臺(tái)階（TG曲線的第2失重臺(tái)階是第1失重臺(tái)階生成的CaCO3的分解過(guò)程）前半段基本與鈣硫摩爾比1.8的重合，但在后半段，結(jié)合DSC曲線，鈣硫摩爾比1.8的失重更明顯，這說(shuō)明在第一失重階段鈣硫摩爾比1.5混合試樣生成的CaSO4多于鈣硫摩爾比1.8的混合試樣，固硫效果較好；與鈣硫摩爾比1.3的混合試樣相比，鈣硫摩爾比1.5混合試樣在第2失重臺(tái)階殘留質(zhì)量更大，固硫效果也較高。綜上所述，鈣硫摩爾比為1.5時(shí)，電石渣的固硫效果最好。

圖3 不同鈣硫摩爾比下混合試樣的反應(yīng)曲線

4.3 在催化劑條件下混合試樣反應(yīng)曲線分析

圖4為在以Al2O3為催化劑的條件下，電石渣與煤樣按鈣硫摩爾比為1.3的混合式樣反應(yīng)的TG曲線和DTG曲線。從TG曲線上可以看出，加入催化劑的固硫反應(yīng)起始點(diǎn)溫度為459.8℃，未加入催化劑固硫反應(yīng)起始溫度為462.3℃，說(shuō)明加入催化劑使固硫反應(yīng)提前。從680℃開(kāi)始發(fā)生碳酸鈣的分解反應(yīng)，加入催化劑的式樣中碳酸鈣的分解速率降低。且最終殘留質(zhì)量較未加催化劑時(shí)的值大，在一定程度上反映出加催化劑使固硫反應(yīng)的效率提高了。

圖4 在Al2O3催化下的混合試樣的反應(yīng)曲線

5 結(jié)論

5.1 在實(shí)驗(yàn)原理的指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)不同鈣硫摩爾比的混合試樣曲線進(jìn)行分析，得出鈣硫摩爾比為1.5時(shí)的固硫效果最好。

5.2 通過(guò)對(duì)添加催化劑條件下的反應(yīng)曲線進(jìn)行分析，得出添加催化劑Al2O3可以使固硫效率提高。

[1] 龔德鴻, 錢進(jìn), 朱兵. 電石渣在電廠煙氣固硫中的應(yīng)用[J]. 鍋爐技術(shù), 2008, 39(6):13-17.

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