鹽泥對煙氣固硫反應的影響

李開存，朱伯麟，沙 劍，潘存鵬，劉成軍

（金川集團有限公司金川集團化工廠，甘肅 金昌 737100）

鹽泥對煙氣固硫反應的影響

李開存，朱伯麟，沙 劍，潘存鵬，劉成軍

（金川集團有限公司金川集團化工廠，甘肅 金昌 737100）

介紹了鹽泥產生的主要原因及回收方式，通過實驗方法研究了鹽泥作為固硫劑在固硫反應中的作用機理，并對實驗過程進行了分析。

鹽泥；回收；固硫反應

鹽泥來源于原鹽中鈣、鎂離子及其不溶性雜質等，是一次鹽水在溶解、除雜過程中產生的一般性固體廢物，具有產生量大、成分復雜等特點，較難綜合利用。目前，鹽泥的綜合利用價值低，大多數鹽泥經壓濾后堆存或填埋，既占用土地又污染環境。由于鹽泥含有固硫成分碳酸鈣等物質，可選用鹽泥作為固硫劑和固硫過程中的添加劑，減少固體廢渣在環境中的大量堆積。

1 鹽泥產生情況

金川集團化工廠40萬t/a離子膜燒堿（一期）系統于2009年投產運行。按一期20萬t/a離子膜法燒堿項目為例，每年產生6 250 t鹽泥，此部分鹽泥經板框壓濾機壓濾、洗滌后，送尾礦壩作為筑壩材料進行利用。由于鹽泥中主要含有 CaCO3、Mg（OH）2等組分，其中CaCO3質量分數約為14.04%、Mg（OH）2質量分數為5.8%，詳細組分見表1。

2 鹽泥固硫反應實驗

為研究鹽泥中的碳酸鈣及氫氧化鎂對煙氣固硫效果的影響，利用石灰石的固硫原理，通過實驗的方式研究鹽泥的固硫效果。

表1 鹽泥樣品組分成分表 %

該工廠在前期對固硫實驗進行了大量的數據搜集，與檢測中心化驗室三廠區化驗站溝通后建立了一套實驗裝置，見圖1。該裝置采用ZCL型自動測硫儀，由庫倫積分儀、溫度控制儀、氣體處置裝置、管式電爐、電解池和攪拌器組成。實驗原料選用工業煤及燒堿生產車間的鹽泥。選用工業煤的主要原因為原料容易得到，與火法冶煉具有相似之處，通過實驗可最終推廣至大型冶煉煙氣系統。

2.1 實驗過程

圖1 固硫實驗裝置

實驗所選用的煤是在空氣中長期暴露的，為了測定煤的有效含硫成分，將其在900℃條件煅燒2 h，經定量分析有效固硫成分氧化鈣的質量分數為86.58%。所選添加劑鹽泥的定量分析見表1。實驗條件：Ca/S 分別為 1.0、1.5、2.0、2.5；燃燒溫度分別為850℃，900℃，950℃，1 000℃，1 050℃，1 150℃；添加劑的質量分數為3.5%。

式中：η為固硫率；S0為原煤全硫含量；S為在溫度T（℃）下，添加固硫劑后燃燒煤樣最終析出的硫量。

圖2是不同Ca/S條件下的固硫率隨溫度變化的曲線。由圖2可以看出：

圖2 固硫率隨溫度變化的曲線

（1）Ca/S不同，最佳固硫溫度范圍也不同。燃燒溫度為 1 000 ℃、CaCO3為 1.5、2.0、2.5 時，Ca/S 的固硫效果比較接近；Ca/S為2.5時，最佳固硫溫度范圍較寬；在高溫段，固硫率隨著溫度的增加而快速下降[1]。

（2）實驗選用NaCl和鹽泥對煤進行調質處理。為了得到明顯效果，所選用的NaCl及鹽泥與煤的質量比為1∶3，焙燒在同樣條件下進行。

（3）選用 Mg（OH）2作添加劑分別在 850℃和1 000℃條件下進行固硫實驗，發現添加Mg（OH）2在850℃條件下高于單一的煤的固硫率，而1 000℃時卻比相同條件下煤的固硫率還低。

2.2 原因分析

（1）通過實驗可知鹽泥對煤的固硫起到了促進作用。鹽泥作為煤的添加劑時，其本身所起的固硫效果顯然低于正常固硫率。因此認為是鹽泥中的一些成分從微觀結構上改變了煤的結構而使固硫率提高。

（2）固硫劑是很多小粒子的聚集體，小粒子之間的空間形成了固硫劑顆粒的孔隙。煙氣通過顆粒的孔隙擴散到小粒子的表面進行反應。CaCO3固硫的主要反應如下：

CaCO3分解溫度為700℃，當溫度為800～900℃時分解速度最快。由圖2可以看出，在800～900℃溫度范圍內碳酸鈣的固硫率最大。原因在于該溫度范圍內煤釋放硫的速度與CaCO3分解形成CaO的速度最為接近。隨著溫度的進一步升高，所形成CaSO4開始分解，溫度越高分解越快，使固硫率逐漸下降。

（3）在850℃條件下的實質是對固硫反應的催化作用，鹽泥中加熱分解的MgO，在固硫反應中與鹽泥中的CaCO3作用，發生下列反應：

無論是從催化反應的角度還是從Mg（OH）2或MgO本身具有固硫效果的作用來看，都能說明鹽泥的存在有利于提高固硫率[2]。

3 實施效果及經濟效益分析

該項目進行生產應用后，預計每年處理6 250 t鈣鎂鹽泥。經過化學分析鈣鎂鹽泥中的碳酸鈣及氫氧化鎂含量分別為18.42%和12.95%，相當于每年回收碳酸鈣及氫氧化鎂分別為1151.25 t和809.38 t，節約生產成本及鹽泥處理費用每年45.48萬元。

4 總結

通過本實驗的研究后，鹽泥中的碳酸鈣及氫氧化鎂對煙氣固硫效果有積極的作用。確立了碳酸鈣及氫氧化鎂對實驗原料煤的最佳固硫溫度及Ca/S比值，為鹽泥的綜合利用的推廣提供了可靠的理論依據，為鹽泥回收的工業化提供了參考。

［1］唐海香，張榮光，張榮曾，徐志強.添加劑對CaCO3固硫效果的影響.中國安全科學學報，2006（05）：118-120.

［2］張興橋，楊 歡，方 茹.鹽泥作固硫添加劑在固硫反應中的機理.煤炭技術，2007.8，140-142.

Effect of salt mud on sulfur fixation in flue gas

LI Kai-cun,ZHU Bo-lin,SHA Jian,PAN Cun-peng,LIU Cheng-jun

（Jinchuan Group Chemical plant,Jinchang 737100,China）

The main causes and recovery methods of salt mud are introduced,and the mechanism of salt mud as sulfur fixing agent in sulfur fixation reaction is introduced and the experimental process is analyzed.

salt mud;recovery;sulfur fixation reaction

X701.3

B < class="emphasis_bold"> 文章編號：1

1009－1785(2017)12-0040-02

2017-08-17