5%氯化钙存在下高硫煤还原磷石膏实验研究

以磷肥工业废渣磷石膏为原料,在磷石膏中掺入5%氯化钙(以质量分数计),以高硫煤为还原剂,在氮气吹净空气后焙烧还原磷石膏制备硫化钙、氧化钙,并采用碘量法分析产物中硫化钙、氧化钙的含量,考察硫酸钙的还原率。研究了原料配比、焙烧时间、焙烧温度、颗粒细度等因素对还原磷石膏的影响。在此基础上进行了正交实验,得到还原磷石膏制备硫化钙、氧化钙的优化工艺条件:硫酸钙与碳物质的量比为1∶1.3、焙烧温度为900℃、焙烧时间为2.5 h,在此条件下,磷石膏中硫酸钙的还原率可达到98%以上。在磷石膏中掺入5%氯化钙能降低磷石膏的还原分解温度。     

硫磺分解磷石膏制硫化钙工艺研究

研究了以硫磺为还原剂分解磷石膏得到硫化钙产物的方法。在热力学研究的基础上,考察了反应温度、反应时间、硫磺物质的量分数和二氧化硫物质的量分数对硫磺分解磷石膏的影响。通过实验得出优化工艺条件:反应温度为800℃、反应时间为2 h、硫磺(以S1计)物质的量分数为40%。在该条件下磷石膏的分解率达到98%以上。同时证明了二氧化硫对反应有明显的抑制作用。借助X射线衍射(XRD)对磷石膏分解产物进行物相解析,结果表明所得产物主要为硫化钙。     

复合还原剂还原分解磷石膏制取高浓度二氧化硫

采用高硫煤与煤矸石制备成复合还原剂还原分解磷石膏,研究了还原剂配方及粒度、n(C)/n(S)(生料中碳与三氧化硫物质的量比)、反应温度对炉气二氧化硫体积分数、磷石膏硫酸钙分解率和脱硫率的影响.结果表明:复合还原剂配方、反应温度、还原剂粒度对二氧化硫的体积分数都有影响.采用高硫煤与煤矸石的质量比为2∶ 1的复合还原剂,在n(C)/n(S)为0.7、还原剂粒径为111～122 μm、温度大于1 000 ℃时,二氧化硫体积分数可达16.02%,与采用单一高硫煤作为还原剂相比,二氧化硫体积分数能提高1.46%.采用复合还原剂工艺有利于降低反应温度,提高二氧化硫体积分数和磷石膏分解率及脱硫率,可为煤矸石、磷石膏综合利用开发一条新途径.     

硫磺分解氟石膏制高纯氧化钙联产硫酸的研究

氟石膏是氢氟酸生产过程中的副产品,为了变废为宝,利用硫磺为还原剂,采用两段法分解氟石膏制备硫酸和高纯氧化钙。一段反应为硫磺气化后氧化氟石膏生成硫化钙与二氧化硫,二段反应为一段反应生成的硫化钙与氟石膏高温反应生成氧化钙与二氧化硫,生成的氧化钙可用来中和废酸,也可进一步纯化后售卖,二氧化硫可用来制酸。此方法不但能实现硫、钙资源在厂区的内循环,而且能降低硫酸成本。通过热力学分析和一、二段不同反应温度及二段不同原料配比验证得到最佳反应条件为：一段反应温度为800 ℃、保温2 h;二段反应温度为1 100 ℃、保温1.5 h,反应物硫化钙与硫酸钙物质的量比为1.2:3。一段反应得到的硫化钙质量分数为83.51%,二段反应得到的氧化钙纯度为85.38%,并可进一步提纯到99.87%。硫酸生产成本估算为117.9元/t,远低于硫酸市场价格,具有较大的市场前景。     

磷石膏还原制备硫化钙工艺参数研究

采用磷肥工业副产的磷石膏作为主要原料,煤粉作还原剂,经还原焙烧制备了硫化钙。研究了反应配比、反应时间、反应温度、反应气氛等对所制备的硫化钙样品的影响。通过单因素实验探索了最适宜的还原分解条件,在此基础上进行了正交优化实验,得到了还原分解反应的优化工艺条件为:煤粉过量25%、反应温度为870℃、反应时间为2 h,采用碘量法分析产物中的硫化钙含量。在此条件下计算得到磷石膏的转化率可达98%以上。     

振动流化床中磷石膏分解耦合反应研究

在振动流化床中进行了磷石膏分解与焦炭燃烧反应耦合研究,考察了反应温度、碳硫摩尔比、床层高度和反应时间对磷石膏分解率、脱硫率以及产生气体SO2质量分数的影响。结果发现,在能量耦合条件下磷石膏的分解率、脱硫率和SO2质量分数都得到了显著的提高;当床层高度为200mm、碳硫摩尔比为0.8、空气流量为145mL/min和反应时间为1h时,磷石膏的分解率达到80.94%,脱硫率达到75.96%,SO2平均质量分数达到12.56%。     

复合还原剂还原分解磷石膏的影响因素

采用高硫煤与煤矸石制备成复合还原剂还原分解磷石膏,研究了还原剂配方及粒度、C/S值（物料中C与S的摩尔比值）、反应温度对炉气二氧化硫浓度、磷石膏CaSO4分解率和脱硫率影响。结果表明：二氧化硫浓度可达16.02%,磷石膏中CaSO4分解率大于95%,磷石膏脱硫率大于90%,能为制酸提供合格的原料气和为制水泥提供合格的原料。     

硫磺流化法还原钛白石膏工艺模拟研究

利用硫磺、碳等还原硫酸法钛白粉生产副产物钛白石膏是处理钛白石膏堆放问题的方法之一。针对硫磺在回转窑分解钛白石膏制硫酸和氧化钙的过程存在时间长、硫磺用量大、硫化钙产量不高等问题,提出了以钛白石膏为原料利用酸浸法去除铁杂质后,利用硫磺为还原剂将石膏在气固竖式反应器中煅烧生成硫化钙和二氧化硫,前者再与硫酸钙煅烧制得氧化钙和二氧化硫,得到的氧化钙可以中和废酸和废水,产生的二氧化硫用来制硫酸的方法。先利用反应热力学计算软件HSC分析确定实验方案,分别在流态化实验（800 ℃,保温40 min）和煅烧实验（1 100℃,保温1.5 h）后得到硫化钙转化率与氧化钙纯度均达到90%左右。再利用Aspen软件模拟了工艺流程,模拟出二氧化硫体积分数可达12.09%,满足制硫酸的需求。硫酸生产成本估算为263.9元/t,具有较大的市场前景。     

不同气氛对硫化钙和磷石膏反应的影响研究*

硫化钙与磷石膏之间的固-固反应,以生成氧化钙和二氧化硫的反应为优势反应,同时反应中存在许多副反应。考虑到实际工业生产情况,在高温管式炉中,控制硫化钙与硫酸钙物质的量比为1.2∶3,在氮气、二氧化硫混合气氛基础上,逐步引入二氧化碳、一氧化碳、氧气等气氛,研究外加气氛对磷石膏分解率的影响。结果表明,不同的气氛对固-固反应有不同的影响。高物质的量分数的二氧化硫和氧气会抑制反应,使得磷石膏分解率大幅度降低;一氧化碳可以促进磷石膏的分解;二氧化碳的存在对反应几乎没有影响。     

工业磷酸分解磷矿影响因素及副产物性质研究

为改进湿法磷酸生产工艺,提高副产磷石膏的品质,减少湿法磷酸固体副产物堆存产生的经济和环境压力,进行了工业磷酸分解磷矿制磷酸的实验,同时对固体副产物的性质进行了分析。工业磷酸分解磷矿制磷酸的工艺分为两步：第一步,工业磷酸与磷矿反应,得到磷酸二氢钙溶液和酸不溶渣;第二步,浓硫酸与磷酸二氢钙溶液反应,得到磷酸溶液和高纯石膏。采用单因素实验考察了酸比（工业磷酸用量与理论磷酸用量的物质的量的比值）、磷矿粒度、反应温度和反应时间对磷矿中磷浸出率的影响。得到磷矿酸解适宜工艺条件：酸比为6.8,磨矿细度为小于0.074 mm粒级占60%,反应温度为50 ℃,反应时间为2.5 h。在此条件下,磷矿中磷的浸出率可达87.69%。磷矿酸解制磷酸产生的固体副产物中石膏占35.32%（质量分数）、酸不溶渣占64.68%（质量分数）。制备的高纯石膏的纯度为95.80%,工业利用价值较高,有利于提高湿法磷酸固体副产物的利用率。     

高硫煤还原磷石膏制SO_2

在N2气氛下研究了高硫煤还原磷石膏的热分解反应特性,利用烟气分析仪分析析出的气体成分。研究了不同颗粒尺寸的高硫煤对磷石膏分解的影响,结果表明,高硫煤颗粒尺寸在97—147μm有利于磷石膏分解制SO2的反应。研究还发现原料摩尔比对磷石膏的反应历程有显著的影响,当摩尔比为1∶1.96时,磷石膏还原分解的固体产物有CaS和CaO;当摩尔比降为1∶1.18时,固体产物中CaO大量增加,而仅有少量CaS存在;当摩尔比降到1∶0.98时,固体产物中除了CaO和CaS外,还发现了未反应完的CaSO4。所以摩尔比在1∶1.18时有利于高硫煤还原磷石膏制SO2。     

循环流化床锅炉内石灰石同时煅烧/硫化反应模型研究

循环流化床锅炉内石灰石分解、脱硫发生的是同时煅烧/硫化反应。建立了石灰石同时煅烧/硫化反应的随机孔模型,综合考虑石灰石的分解、烧结和硫化,且CaO硫化反应基于CaSO₄产物层固态离子扩散模式。模型计算结果与实验测试结果吻合良好,并采用该模型研究了同时煅烧/硫化反应的特性。石灰石的同时煅烧/硫化反应包含连续的质量下降阶段和质量上升阶段,且质量最低点随着SO₂浓度的增加而升高。石灰石颗粒的煅烧反应发生在颗粒的壳层内,煅烧反应更符合区域反应模型而不是均相反应或缩核反应模型。煅烧环境中的SO₂与CaO层反应生成CaSO₄,导致CaO层内孔径和孔隙率减小,CO₂外扩散阻力增大,从而导致煅烧反应减慢。颗粒硫化反应速度随时间减慢,主要是颗粒内SO₂耗尽导致的,颗粒外层不断积累的CaSO₄减小了SO₂扩散通道,增加了SO₂孔内扩散阻力,使颗粒内SO₂耗尽区不断增大,颗粒的硫化反应速度不断下降。     

钙基脱硫剂用于冶炼烟气脱硫的模拟与实验

提出了一种应用钙基脱硫剂脱除冶炼烟道气中高浓度SO₂并回收硫单质的方法。通过热力学模拟多种硫化物与SO₂之间的反应,筛选得出硫化钙（CaS）适合作为化学链脱硫技术的脱硫剂,它在400～650℃范围内可将SO₂还原为单质硫,生成的固相产物为CaSO₄而非CaO。通过固定床反应器内的脱硫实验,发现温度对脱硫率和硫单质回收率影响较大。在400～650℃范围内温度越高,脱硫率和硫单质回收率越大;当温度高于600℃时,脱硫率和硫单质回收率基本相等。提高空速,则会降低脱硫率和硫单质回收率,但两者的差值随空速增大逐渐减小。当烟气中SO₂浓度小于1%时,脱硫率维持在99.8%基本不变;SO₂浓度升至3.45%后,平均脱硫率急剧下降至92.1%;SO₂浓度越高,平均脱硫率越低。硫单质回收率随SO₂浓度增大存在一最佳范围。在脱硫反应后期,粒径较大的脱硫剂颗粒脱硫性能较低。SEM照片表明了脱硫剂颗粒随反应温度的升高团聚现象更为明显,XRD表征证明了反应中SO₂气体被还原为升华硫颗粒。     

Reductive decomposition of phosphogypsum with high-sulfur-concentration coal to SO2 in an inert atmosphere

In this study, using high-sulfur-concentration coal as a reducer, we have carried out the thermal decomposition of phosphogypsum to produce SO₂ in a nitrogen atmosphere at different conditions. Scanning electron microscopy and XRD-ray diffraction were used to analyze the solid products and the output gas consisting of mainly SO₂ was analyzed with gas analyzers. Both experiment results and theoretical analysis indicated that the optimum conditions to produce SO₂ were a mole ratio C:CaSO₄ = 1.2:1 and a decomposition temperature about 1000 °C. Under optimum conditions, the maximum SO₂ concentration was 7.6 vol.%, which can be used to produce sulfuric acid. The CaO concentration of the product was 57.13%, which can be recycled to be an alternative CaO sorbent or a raw material of cement. The conversion of phosphogypsum to sulfur dioxide was 92.2%, and the desulfurization rate of phosphogypsum was 95.16%.     

Composition and variation of pulverized fuel ash obtained from the combustion of sub-bituminous coals, New Zealand

Twenty daily samples of pulverized fuel ash (PFA), obtained from the combustion of sub-bituminous Waikato coals, have been analysed. The contents of MgO, SO₃, B₂O₃ and total and uncombined CaO in the New Zealand material were high when compared with most PFA produced in Europe and the USA. The PFA was separated into three major components, namely a magnetic fraction, and nonmagnetic acid-insoluble and acid-soluble fractions. These three fractions were related to three major mineral suites found in the coal: respectively hydrated iron carbonates and oxides, quartz and aluminosilicates, and calcium minerals. The variable composition of the PFA arises from differences in the proportions of these three mineral suites in the original coal. The composition was also found to vary with particle size. It is suggested that this was due to differences in the particle sizes of minerals in the coal, and to increased thermal decomposition of minerals in the smaller particles of PFA. A low-density fraction was separated and found to be similar in composition to cenospheres found in British and American PFA. The decomposition and fusion of a mineral common to many coals may be the source of these cenospheres.     

可燃生活垃圾气化Ca-Fe复合金属氧化物的原位固硫性能

气化技术可有效缓解因可燃生活垃圾产量不断增加而衍生的环境问题,但仍需要对气化产生的H₂S和SO₂进行脱除以降低硫污染物排放风险。可燃生活垃圾组成的复杂性决定了需要开发适宜的双效固硫剂以对H₂S和SO₂一步脱除。原位固硫指将气化原料与固硫剂预先混合,气化与硫脱除同时进行且硫污染物被固定于灰渣中。本文使用聚苯乙烯颗粒、木屑等典型组分配制可燃生活垃圾作为气化原料,以CO₂为气化剂,采用球磨法制备了一系列Ca-Fe复合金属氧化物作为固硫剂并对其原位固硫性能进行了研究。结果表明,在600℃气化温度下,Ca-Fe复合金属氧化物中的CaO/Fe₂O₃比例对固硫率产生影响,且两者质量比为1∶1时固硫性能最佳,固硫率可达82.65%。作为对比,CaO和Fe₂O₃单一组分固硫率仅分别为65.57%和74.12%。BET、SEM等分析表明CaO、Fe₂O₃球磨形成复合金属氧化物时产生相互作用并影响粒径分布、孔径、比表面积等物化性质,且能够改善固硫剂的烧结现象,质量比为1∶1时综合作用效果最优。     

HYDROTHERMAL REACTION OF FLY ASH/HYDRATED LIME: CHARACTERIZATION OF THE REACTION PRODUCTS

Class F coal fly ash was slurried with hydrated lime at 90°C in 1/3, 5/3, 9/3, and 15/3 weight ratios and for 3, 5, 7, and 9 hours of hydration, in a process to prepare sorbents for SO₂ removal. The amounts of aluminum, silicon, and calcium in the product of the pozzolanic reaction were determined in order to study the evolution of product composition with the initial raw materials ratio and hydration time and to relate this composition to the desulfurization capability of the material. Al, Si, and Ca were present in the solid product for any raw materials ratio and hydration time, showing that calcium silicates, calcium aluminates, and/or calcium aluminum silicates were obtained simultaneously. The products formed show a nearly constant molar ratio of Al₂O₃/SiO₂ independent of the experimental conditions tested and similar to the Al₂O₃/SiO₂ ratio in the fly ash. The SiO₂/CaO molar ratio in the products decreased as the initial fly ash/Ca(OH)₂ ratio decreased, being approximately constant for each ratio with respect to hydration time after 5 hours of hydration. The maximum moles of CaO, SiO₂, and Al₂O₃ per gram of sorbent in the reaction product were found for any hydration time for the 5/3 sorbents, meaning that at this initial ratio the pozzolanic reaction takes place at the highest rate. The capacity of the sorbent for SO₂ removal depends not only on the amount of products produced by the pozzolanic reaction but also on the specific surface area of the sorbent.     

H2O和SO2对CFB内石灰石同时煅烧/硫化反应中煅烧动力学的协同作用

采用自制恒温热重分析仪,研究了CFB工况下石灰石同时煅烧/硫化反应中H₂O和SO₂对石灰石煅烧动力学和孔结构的协同作用。煅烧环境中的H₂O能够促进石灰石的分解,但SO₂会减慢石灰石分解速度,且测试发现SO₂使煅烧后颗粒的孔容积下降,分解反应的效率因子减小。基于此提出SO₂减缓煅烧反应的机理：高温下,石灰石颗粒外层首先分解并生成多孔CaO层,其中的孔隙作为内部CaCO₃分解产生CO₂的外扩散通道,当煅烧气氛中含有SO₂时,颗粒的CaO层与SO₂反应生成CaSO₄,堵塞了CaO中的孔隙,增加了CO₂扩散的阻力,从而减缓了其分解速度。当石灰石在含有15% H₂O和0.3% SO₂的环境中分解时,其分解速度比不含二者的环境下快,而比含15% H₂O但不含SO₂的环境下慢,说明H₂O和SO₂对改变石灰石分解的速度有协同效应,但15% H₂O的作用比0.3% SO₂的作用更大。对效率因子的计算表明,该现象可能由于石灰石煅烧反应的速度控制步骤中本征反应速度的影响比扩散阻力的作用更大,而H₂O能够直接加速煅烧反应的本征速度。温度、粒径等均能够影响石灰石同时煅烧/硫化反应的中的煅烧速度。H₂O还能够促进CaO的烧结,并且H₂O和SO₂在降低石灰石煅烧产物的孔面积和孔容积上具有叠加效应。     

流化床垃圾焚烧炉飞灰沉积实验

在自行搭建的小型流化床积灰试验台上选用流化床垃圾焚烧炉对流管束浮灰,模拟焚烧炉烟气环境下开展飞灰沉积实验。首先分析浮灰理化特性,结果表明：随着粒径增大,浮灰中CaO和SO₃含量逐渐降低,而SiO₂和Al₂O₃的含量逐渐增加;碱金属Na和K以及卤素Cl的含量在粒径较小的浮灰中含量最高。其次重点研究了浮灰粒径、烟气温度和换热管表面温度对飞灰沉积特性的影响规律,结果表明：积灰中主要富含Ca、S、Si和Al等元素,积灰中CaO和SO₃含量比浮灰高,而Al₂O₃和SiO₂含量比浮灰低;积灰量随着烟气温度升高而增加;粒径对灰沉积影响作用显著,大粒径灰颗粒难沉积而小粒径灰粒易沉积;管壁温度在600℃时,积灰量最小。积灰中CaO和SO₃的含量随着管壁温度升高而减少,而难熔Al₂O₃和SiO₂的含量随着管壁温度升高而增加。     

NH4Cl改性活性炭脱除气态Hg0的特性分析

制备了原始活性炭与NH₄Cl改性活性炭,对其进行了物化特性表征,在固定床汞吸附实验台上考察了N₂气氛下颗粒粒径、NH₄Cl溶液浓度、SO₂、CO₂等因素对活性炭脱除Hg⁰性能的影响。研究结果表明：NH₄Cl浸渍改性没有造成活性炭孔隙结构的明显变化,但使得Cl元素成功担载到活性炭表面;随着颗粒粒径增大,活性炭吸附Hg⁰的外部传质速率、内部扩散速率均降低,较小的颗粒粒径有利于活性炭脱汞;由NH₄Cl改性在活性炭表面所产生的卤素官能团（AC-Cl）能够有效地氧化烟气中的Hg⁰,增强了活性炭对于Hg⁰的氧化吸附作用;SO₂能有限地促进原始活性炭的脱汞性能,对NH₄Cl改性活性炭脱汞性能则表现出先促进后抑制并主要体现抑制作用的现象,并且抑制作用随SO₂浓度的增大而增加;CO₂由于能在活性炭表面极化,且能与氨基官能团反应生成有利于吸附汞的羰基,促进了活性炭的脱汞性能。