硫蒸气对镁法烟气脱硫石膏的还原分解性能及机理研究

发布时间：2020-03-22 19:54

【摘要】：随着全球经济的快速发展,对化石能源的依赖也愈加严重。化石能源的利用过程中伴随着大量二氧化硫(SO_2)气体的排放。它对生态系统造成了严重伤害,所以对SO_2的脱除是必然的。烟气脱硫是目前最主要的脱硫方式,其中氧化镁(MgO)湿法烟气脱硫具有低投资、工艺设备占地面积小、系统操作简便快捷、脱硫效率高以及脱硫副产物(镁石膏)潜在回收价值高等优势受到国内外的逐步推广。由于氧化镁原料价格较贵,对于副产物的再生循环始终是有必要的。目前,一些研究者主要通过加入抗氧化剂来抑制镁石膏中的亚硫酸镁(MgSO_3)的氧化,以煅烧MgSO_3生成MgO再次作为脱硫剂和生成SO_2来制造硫酸。也有其他研究者制备不同类型的钴基催化剂来催化MgSO_3的氧化制造高纯度的硫酸镁(MgSO_4)。然而这些方法虽然避免了直接煅烧镁石膏,但也消耗了催化剂,同时也增加了工艺成本。本课题主要思路是针对在直接煅烧镁石膏的过程中温度过高,会导致再生MgO烧结失活而影响后续脱硫的问题。先在热力学上探讨了硫蒸气与镁石膏之间的反应可行性,提出了采用加热硫磺和硫渣生成的蒸气来低温还原分解镁石膏的方法。此外,我们还研究了矿化剂的加入对硫蒸气还原分解镁石膏的影响。主要内容和结论如下:1、通过热力学模拟软件和自制的反应器进行了硫蒸气与镁石膏之间的反应,表明在硫蒸气存在下,镁石膏中MgSO_4的分解温度可显著降低。在N_2气氛下镁石膏中MgSO_4的最初分解温度为约850°C,而在硫蒸气氛围下镁石膏中MgSO_4的有利分解温度为750°C。此外,在硫蒸气存在下再生MgO的脱硫活性远高于在N_2气氛下再生的MgO的脱硫活性,并且略高于新鲜轻烧的MgO。2、在硫蒸气还原镁石膏过程中,当硫蒸气分压为1674 Pa,镁石膏再生管式炉(MGR)的温度为750°C,MGR反应物质中石英砂的质量分数为50%,气时空速(GHSV)为1200 h~(-1)和在MGR中反应物质的载料量为16 g时,气态产物中的SO_2浓度可达到19%(体积含量)。它显著高于常规硫酸装置中所需要的SO_2浓度,因此可明显提高硫酸装置的生产效率。通过动力学模型拟合的方法,硫蒸气与镁石膏中MgSO_4反应的机理模型确定为成核模型。得到的表观活化能E和反应前指数因子A分别为76.51 kJ/mol和228.66min~(-1)。3、在硫蒸气还原镁石膏的过程中,通过在反应物料中添加Fe_2O_3、Al_2O_3、CaO和CaCl_2等几种矿化剂。发现CaO的促进效果最好,其SO_2的浓度达到了12.24%。此外,掺入质量比为5%的Fe_2O_3促进作用也比较良好。因此,CaO和Fe_2O_3是良好的镁石膏分解矿化剂。4、在硫渣蒸气氛围下,镁石膏中MgSO_4的分解温度也显著降低。与硫蒸气相比,硫渣蒸气更有利于镁石膏的分解,在750°C时更有利于镁石膏中MgSO_4的完全分解。硫渣蒸气还原镁石膏再生MgO的脱硫活性与硫蒸气氛围下再生MgO的脱硫活性相当,它们都略高于新鲜轻烧的MgO活性。5、在硫渣蒸气还原镁石膏实验中,当硫渣加热温度为250°C,MGR的温度为750°C,MGR反应物质中石英砂的质量分数为50%,GHSV为1200 h~(-1)和在MGR中反应物料的加载量为16 g时,气态产物中的SO_2浓度可达到21.5%。它不仅显著高于常规硫酸装置中酸性气体中的SO_2浓度同时也高于硫蒸气氛围下生成SO_2浓度的最大值。
【图文】：

图 1-1 中国煤炭消耗量及其在能源结构中占比的变化ariation of China's coal consumption and its share in energy和燃煤火力发电厂中，煤炭等化石燃料的燃烧是获取的热量驱动蒸汽轮机和发电机运行，产生我而，中国大部分可利用的煤炭含有在 1-3%范围的，，会产生大量危害性较大的二氧化硫(SO2)和氮 展示了近年来中国大陆(不含香港、澳门和台湾等

硫蒸气对镁法烟气脱硫石膏的还原分解性能及机理研究势图[5]。从图中的数据可以看出，中国近年来对脱硫工作体呈现出逐年减少的趋势，但是我们要有清醒的认知，巨任务仍然是我们需要坚持的。在未来相当长的一段时进寻求环境友好可替代能源的发展，煤炭占比仍将持续设绿水青山的环保型国家，我们既要积极寻求更友好的脱硫技术的发展和改进方面做出持续的努力工作。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X701.3;TQ031.6

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本文编号：2595541