废塑料和冶金粉尘的资源化及用于脱硫的基础研究
  • 【摘要】

    本文旨在将废塑料和冶金粉尘的资源化与煤炭转化利用过程的硫污染控制相结合。根据冶金粉尘富含Fe2O3、CaO、ZnO等,具有吸收H2S、SO2的活性,废塑料具有与煤相似的热解过程,从两方面进行了新的探索和尝试:一方面,进行了废塑料和冶金粉尘固硫剂同时混入焦煤,同步实现脱除焦炉煤气H2S和降低焦炭硫含量的可能性的热力学模拟计算及实验研究;另一方面,以冶金粉尘为原料制备适用于中温干法烟气脱硫工艺的Fe-... 展开>>本文旨在将废塑料和冶金粉尘的资源化与煤炭转化利用过程的硫污染控制相结合。根据冶金粉尘富含Fe2O3、CaO、ZnO等,具有吸收H2S、SO2的活性,废塑料具有与煤相似的热解过程,从两方面进行了新的探索和尝试:一方面,进行了废塑料和冶金粉尘固硫剂同时混入焦煤,同步实现脱除焦炉煤气H2S和降低焦炭硫含量的可能性的热力学模拟计算及实验研究;另一方面,以冶金粉尘为原料制备适用于中温干法烟气脱硫工艺的Fe-Ca复合废弃物脱硫剂,研究了其活性及硫化动力学行为。 (1)研究了焦煤、废塑料和高炉粉尘在N2气氛、25~1000℃温度区间的共热解及热解动力学。结果表明,废塑料有利于促进焦煤的热解;高炉粉尘作为固硫剂在低温段吸收共热解产生的气态硫化物而起到固硫作用,残留在半焦中的硫化产物在高温段被还原气化,从而有利于降低焦炭硫含量,因此理论上可以同步实现焦化过程的焦炉煤气脱硫和焦炭硫含量降低。 (2)进行了焦煤、废塑料和固硫剂共焦化的热力学模拟计算及实验研究。对于焦煤/废塑料重量比为100/0、100/2和100/5的混合物,当固硫剂ZnO使用量为0.75g、1.19g和2.00g,亦即关键固硫组分Zn和Fe与可挥发性S的摩尔比(nZn+Fe/nS)分别为1.2、1.4和1.7时,焦炉煤气脱硫效果满意;固硫剂硫化产物ZnS的还原气化率(Zn(s)+Zn(g)/ZnS)因焦炉煤气H2S含量及固硫剂用量的增加而降低,从而可能引起焦炭S、Zn含量及残留率增加。不过,实验研究的约2%(ω)废塑料和约2.0%(ω)固硫剂(ZnO)添加量对焦炭质量的影响不大。 (3)制备了Fe-Ca复合废弃物烟气脱硫剂,并用SEM、XRD、BET等手段表征脱硫剂特性。结果表明,Fe2O3/CaO摩尔比为2.5/1.0的转炉粉尘和石灰经机械混合、模压成型、低温干燥、750℃焙烧3h制备的2.5FeCa-750-3具有相对优异的孔隙结构特征,比表面积为2.54m2/g、孔径≤245nm的孔容积为0.015cm3/g、孔隙率为0.29。石灰在提供Ca源的同时,提高了脱硫剂的抗烧结能力。 (4)用石英管式固定床反应器研究了Fe-Ca复合废弃物烟气脱硫剂的硫化活性。结果表明,在众多影响脱硫剂活性的工艺参数中,温度对活性的影响最显著;在400~700℃的温度范围内,2.5FeCa-750-3的穿透硫容量先随温度升高而增大,并在600℃时达到最大,约0.14gS/gSorbent,之后随温度升高而减小;温度低于600℃时,硫化活性取决于Fe2O3的硫化反应动力学,温度高于650℃时,则取决于CaO的含量和Fe2(SO4)3的热稳定性。 (5)用热重分析法研究了2.5FeCa-750-3在300~600℃温度范围的硫化动力学,并用粒子模型拟合实验数据。在时间残差≤8%的范围内,转化率—时间拟合曲线与热重实验结果基本相符;表面反应控制段和扩散控制段的反应级数分别为0.99和1.03;相应的表观反应速率常数和有效扩散系数分别为:kS(T)=3.04×10-2exp(-1308/RgT)(m/min)Dep(T)=2.04×10-8exp(-25460/RgT)(m2/min)产物层形成后的固态扩散阻力使得扩散活化能远大于表面化学反应活化能,且活化能与指前因子间存在“负补偿”效应。 收起<<

  • 【作者】

    赵融芳 

  • 【学科专业】

    化学工艺

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    中国科学院过程工程研究所

  • 【导师姓名】

    谢裕生

  • 【学位年度】

    2005

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    烟气脱硫  冶金粉尘  废塑料  共焦化  脱硫剂  脱硫  活化能  焦炭