生石灰复合物流动性及脱硫性能

CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS2007年第26卷第12期·1758·化工进展电石渣/生石灰复合物流动性及脱硫性能贾汉忠，宋存义，杨晓伟，黄文涛（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）摘要：为高效、廉价地将电石渣利用于烟气脱硫中，详细分析了电石渣的物理性质，其具有较高的CaO含量和比表面积。将含水量为32%的电石渣与生石灰进行配比均化，得到的产物具有较好的流动性，且质量配比为1∶1.4时复合脱硫剂的脱硫性能最好。在同等Ca/S和烟气条件下，复合脱硫剂较CaO、Ca(OH)2等常用半干法脱硫剂有更好的脱硫性能。关键词：半干法脱硫；脱硫剂；电石渣中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：1000–6613（2007）12–1758–04FlowabilityandcharacteristicsofdesulfurizingabsorbentmadebyhydratedcarbideslagandlimeJIAHanzhong，SONGCunyi，YANGXiaowei，HUANGWentao（SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering，BeijingUniversityofScienceandTechnology，Beijing100083，China）Abstract：Carbideslagwasusedasahighlyeffectivelowpricedesulfurizingabsorbent，andthephysicalpropertieswereanalyzed.CarbideslaghasahighCaOcontentsandhighspecificsurfacearea.Hydratedcarbideslagandlimeweremixed，andtheproducthadgoodflowability.Atthemixingratioof1∶1.4，theproducthadthebestdesulfurizationperformance.Underthesamefluegascondition，thecompoundabsorbenthadbetterdesulfurizationcharacteristicsthanothercommonlyuseddesulfurizationagentsofCaOandCa(OH)2.Keywords：semi-drydesulfurization；desulfurizationagent；carbideslag电石渣是乙炔生产过程中排放的废弃物，呈浆状，处理和运输较为困难。电石渣经沉淀脱水和自然堆放后，可使含水率降到30%～40%，呈粉态，也即本研究所述的含水电石渣。目前对电石渣的利用率较小，利用价值较低，主要在建材等行业中有部分应用。电石渣的主要成分是Ca(OH)2，可将其应用于烟气脱硫中[1－2]。半干法脱硫工艺以其投资少、占地小、运行费用低、无废水排放等优点广受人们关注，此类工艺对不同形式的Ca基脱硫剂有较强的适应能力。电石渣在半干法脱硫中的应用也有部分研究[3]，但主要是将电石渣完全脱水、磨细后加水消化或制浆，这个过程增加了投资和运行费用，商业化应用受到限制。本研究利用CaO的吸水性，将含水电石渣与石灰进行配比，来实现对含水电石渣中水分的吸收，同时CaO得到消化，转化为Ca(OH)2，使产物呈现干态，具有较好的流动性，同时考察了不同配比下复合脱硫剂的脱硫性能。本研究为电石渣在烟气脱硫中的广泛应用提供技术指导。1电石渣物性分析电石渣是电石（CaC2）加水生成乙炔气体(C2H2)后遗留下来的工业废渣，其中Ca(OH)2质量分数为80%～90%[4]。其化学反应式如下：CaC2+H2O=Ca(OH)2+C2H2↑本实验所用电石渣采自北京市丰台区某大型化工企业的自然堆放场。电石渣粒径分布见表1，其它物理性能见表2。收稿日期2007–07–12；修改稿日期2007–08–07。第一作者简介贾汉忠（1983—），男，博士研究生，主要从事工业废气处理技术研究。E–[e-mail]。第11期贾汉忠等：电石渣/生石灰复合物流动性及脱硫性能·1759·表1电石渣粒径分布粒径/µm＜1.09＜2.55＜7.07＜13.98＜38.86＜54.64＜76.82累积份额/%04.9922.8145.1187.4797.46100由表1和表2可以看出，电石渣具有较高的钙含量和比表面积，粒径集中在13.98～38.86µm，从物理性质上来说，电石渣可用作脱硫剂，且较常用的工业脱硫石灰有更大的比表面积。表2电石渣物理性能分析项目数据含水量/%32CaO质量分数%61.74比表面积/m2·g－145.22含水电石渣与CaO配比实验在工程应用中，流动性较差的脱硫剂容易引起“粘壁”、“结块”等问题，对设备和系统造成较大的影响。含水电石渣由于自身含水量较大，其流动性较差，需与CaO进行配比、均化，减少其水分含量，改善其流动性。CaO易与水发生反应，放出大量的热。含水电石渣与生石灰均化过程中，CaO吸收一部分水分转化为Ca(OH)2，同时放出的热量使部分水分转化为蒸汽排出。含水率为32%的电石渣中，每100g电石渣含水约1.78mol，在不考虑热量带走的水分时，需相同物质的量的CaO（约100g）与之反应，转化为不含水的均化产物。故选取含水电石渣与生石灰的最小质量配比数为1∶1。同时选取生石灰与含水电石渣质量配比数分别为1∶1.2、1∶1.4、1∶1.6、1∶1.8、1∶2.0、1∶2.2、1∶2.4进行配比实验。2.1复合脱硫剂的流动性分析安息角是粉体颗粒流动性的表征参数[5]，它是颗粒自然堆积在托盘上，颗粒堆边缘与托盘底部之间的夹角，它表征颗粒堆积层的自由表面在静止状态下可以形成的最大角度。安息角愈小，颗粒的流动性愈好。表3为不同质量配比下复合脱硫剂的含水率和流动性（安息角）的值。由表3可以看出，随着配比比例的减小，配比后脱硫剂的含水率在不断增大。在各配比下，实际含水率要低于理论含水率，这是因为CaO与H2O反应过程中放出的热量带走了部分水分。且在此放表3生石灰与含水电石渣不同质量配比下复合脱硫剂的含水率和流动性（安息角）配比数含水率/%安息角1∶1029.741∶1.2030.511∶1.43.0332.161∶1.65.8536.311∶1.86.5638.081∶2.08.1140.831∶2.210.0443.261∶2.412.4146.94热反应中，剧烈的反应过程使电石渣与生石灰得到了很好的混合和均化，形成流动性较好的产物。半干（干）法脱硫系统中干态生石灰、消石灰及循环灰的流动性（安息角）见表4。对比表3和表4可以看出，混合前CaO的安息角为44.04，在配比数大于1∶2.2的混合产物中，流动性都要好于混合前的物质，且能够较为安全的应用在此类脱硫工艺中。但当生石灰与含水电石渣质量配比数小于1∶2.4后，混合产物的流动性要低于常用脱硫剂，将会对系统和设备的正常运行造成影响。表4常用半干（干）法脱硫剂的流动性脱硫剂流动性（安息角）纯CaO（150目）44～45工业用脱硫石灰42～45消石灰43～45石灰石粉41～42循环灰45～552.2复合脱硫剂脱流性能研究图1为半干法烟气脱硫实验装置，主要由烟气发生系统和气固反应系统组成。试验烟气温度为75℃、风量为0.8m3/h，烟气含硫量为1600mg/h，含湿量为5%。2.2.1不同配比复合脱硫剂脱硫性能研究图2显示了在相同条件下，不同配比复合脱硫剂对烟气的脱硫性能。由图2可以看出，生石灰与含水电石渣配比比例为1∶1.4的复合脱硫剂脱硫性能最好。比例为1∶1.2的次之，且稍高于1∶1配比。配比比例为1∶1.6、1∶1.8、1∶2.0、1∶2.2、1∶2.4的脱硫剂脱硫性能低于前三者，且随复合脱硫剂中电石渣比化工进展2007年第26卷·1760·136897452图1烟气半干法脱硫装置1—空气压缩机；2—SO2气瓶；3—气体缓冲瓶；4—蒸汽发生器；5—气固反应器；6—通风橱；7—电加热器；8—烟气测定仪；9—流量计1009080706050403020100123456789101∶1.61∶2.21∶11∶1.81∶2.41∶1.21∶1.41∶2时间/min脱硫率/%图2不同配比复合脱硫剂的脱硫性能例的增大，脱硫性能依次递减，比例为1∶2.4最小。生石灰/电石渣复合脱硫剂的脱硫效率由多个因数决定，如配比前原料的理化性能，配比过程中的两种物质的混合均匀程度及产物的含水率、流动性等物理性质的差异。配比比例为1∶1、1∶1.2、1∶1.4的3种脱硫剂原料中生石灰比例较大，在混合过程中反应剧烈，匀化程度较高，得到的产物流动性也较好，有利于脱硫过程的进行。此外，1∶1.4配比的复合脱硫剂相比前两者含有游离水分，半干法脱硫剂中水分的存在大大加速了反应的进行[6－7]。但水分较大会使脱硫剂易于黏结，流动性变差。如在NID工艺、密相塔脱硫等钙基半干法技术中常使脱硫剂含水率保持在3%～5%[8]。配比比例为1∶1的复合脱硫剂由于在混合匀化过程中热量带走了一部分水分，使CaO的转化率低于理论值，产物中存在未反应的CaO，而1∶1.2的配比比例下更多的CaO转化为了Ca(OH)2，使脱硫反应更容易进行。而后5种复合脱硫剂的脱硫性能之所以会随着电石渣配比比例的增加而有所减小，是因为含水率较大的脱硫剂在反应过程中容易结块，反应不够充分，Ca的利用率较低。由此可知，在含水电石渣与生石灰的混合匀化过程中既要保证有充足水分使CaO得到充分的转化，同时提高废弃物——电石渣的利用量，也要考虑混合后产物的含水率，使脱硫效率和钙的利用率保持在一定的水平，脱硫系统能够正常、稳定的运行。2.2.2复合脱硫剂与其它常用脱硫剂脱硫性能比较图3选用含水电石渣与生石灰配比比例为1∶1.2的复合脱硫剂和其它常用钙基脱硫剂进行了脱硫实验研究。在相同Ca/S和烟气条件下，复合脱硫剂的脱硫性能高于Ca(OH)2和干态电石渣，可以证明复合脱硫剂并非Ca(OH)2与干态电石渣的简单混合。同时可以发现，Ca(OH)2含量较高的干态电石渣其自身的脱硫性能并不高，远低于Ca(OH)2，这与赵旭东[3]的研究较为一致。表明复合脱硫剂的制备是电石渣资源化利用于脱硫剂的一种有效方法。20406080100脱硫率/%复合脱硫剂CaOCa(OH)2干态电石渣0123456789时间/min图3复合脱硫剂与其它常用半干法脱硫剂的脱硫性能比较2.3反应产物适用性分析电石渣/生石灰复合脱硫剂副产物的成分与其它半干法脱硫工艺类似，主要为CaSO3·0.5H2O。由于复合脱硫剂有更高的反应性能和钙的利用率，其产物中CaSO3·0.5H2O含量更高，更有利于脱硫副产物的利用。目前对半干法脱硫副产物的资源化利用主要集中在建材生产、稳定路基、合成粒料等方面，苏达根等[9]将半干法脱硫灰用作水泥生产中得到了良好的效果。考虑将电石渣/生石灰脱硫副产物应用于水泥等建材生产中是脱硫废物再利用的较好途径。3结论（1）电石渣具有较大的比表面积和CaO含量，且粒径集中在50µm以下，从物理特性来说，电石渣可用作烟气脱硫剂。（下转第1770页）