CN115040998B

CN115040998B - 一种烟气的脱硫剂及脱硫方法

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Publication number: CN115040998B
Application number: CN202210972780.0A
Authority: CN
Inventors: 郭占成; 任国宏
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2042-08-15
Also published as: CN115040998A

Abstract

本发明属于烟气分离处理技术领域，具体为一种烟气的脱硫剂及脱硫方法，可以替代石灰或石灰石的传统石灰‑石膏法实现湿法脱硫，采用玻璃相含量≥85wt%的钢渣作为烟气的脱硫剂，可以更充分地发挥钢渣中的金属组分的作用，获得更高的烟气脱硫的硫容量，实现含硫烟气的高效处理；同时，钢渣作为烟气的脱硫剂提高了钢渣资源化利用率，实现更加明显的社会效益、环保效益和经济效益，易于工业化推广应用。

Description

一种烟气的脱硫剂及脱硫方法

技术领域

本发明涉及烟气分离处理技术领域，具体为一种烟气的脱硫剂及脱硫方法。

背景技术

钢渣是钢铁生产过程中产生的主要废弃物，由于钢渣中存在的游离氧化钙及其它有害物质，钢渣的资源化利用很难。钢渣的基本化学组成中有40%~60%的CaO、15~25%的Fe₂O₃及少量MgO和MnO，理论上具有脱硫性能。将钢渣用于烟气脱硫，一方面可以解决SO₂的排放问题，另一方面可以解决钢渣的稳定性，有可能成为钢渣资源化利用的新途径。但是，相对于传统石灰石/石灰-石膏法，在保证钢渣脱硫效率的条件下存在钢渣消耗量大的问题，其消耗量远大于按其基本组分计算所需的钢渣量。要想大规模运用钢渣替代石灰石、石灰进行烟气脱硫，必须提高钢渣的脱硫能力。在此背景下，相关学者对提高钢渣烟气脱硫能力做了大量研究工作。

中国专利CN102614772A，公开了“一种有机酸强化钢渣烟气脱硫的方法”在钢渣烟气脱硫溶解槽中加入浓度为0.2~10%（wt）的乙酸、柠檬酸、己二酸、苯甲酸、腐殖酸、或乙酸、糠醛、乳酸、柠檬酸生产中产生的废液。该专利加入了有机酸提高了脱硫成本，同时脱硫液处理难度加大。

中国专利CN113930554A，公开了“用于钢渣的粉磨脱硫一体化处理方法”在钢渣形成后直接进行粉碎随后用于烟气脱硫。该专利说明了钢渣用于烟气脱硫的可行性但是未关注到钢渣烟气脱硫效率。

中国专利CN102671519A，公开了“一种强化钢渣矿化固定二氧化碳的方法”，通过添加含碱金属盐的催化剂，强化钢铁渣中氧化钙组分与CO₂反应，从而提高钢铁渣中氧化钙组分的转化率以及钢铁渣的固碳效率。该方法加入了含碱金属盐提高了钢渣资源化利用成本。

综上所述，制约钢渣烟气脱硫大规模应用的主要问题是钢渣的脱硫效率，即钢渣的脱硫率及其硫容量。目前研究已对钢渣脱硫销率提升做了很多研究，但是提高钢渣的硫容量研究较少。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种烟气的脱硫剂及脱硫方法，可以提高钢渣烟气脱硫的硫容量，即增加钢渣SO₂固定能力，实现更加明显的社会效益、环保效益和经济效益。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种烟气的脱硫剂，所述脱硫剂为玻璃相含量≥85wt%的钢渣。

作为本发明所述的一种烟气的脱硫剂的优选方案，其中：所述钢渣可以采用本领域常用的钢渣冷却工艺制备得到，只要能够满足钢渣的玻璃相含量≥85wt%即可。

作为本发明所述的一种烟气的脱硫剂的优选方案，其中：钢渣出炉冷却可以采用水淬法、风淬法或离心粒化法等方法。

作为本发明所述的一种烟气的脱硫剂的优选方案，其中：所述钢渣的粒径不做特殊要求，例如，≤200目、≤230目等均可，所述钢渣无需超微粉碎，钢渣破碎后过筛即可使用，制备工艺简单易操作。

为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种烟气的脱硫方法，所述脱硫方法为采用上述脱硫剂进行湿法脱硫。可完全替代采用石灰或石灰石的传统石灰-石膏法湿法脱硫方法。

作为本发明所述的一种烟气的脱硫方法的优选方案，其中：所述湿法脱硫包括鼓泡法、喷淋法。

作为本发明所述的一种烟气的脱硫方法的优选方案，其中：所述烟气可以为燃煤电厂废热烟气、石灰窑废热烟气、钢铁厂烧结烟气、化工厂废热烟气、水泥厂废热烟气中的一种或多种。

作为本发明所述的一种烟气的脱硫方法的优选方案，其中：所述烟气的SO₂浓度为500~20000ppm。

一种所述烟气的脱硫剂或所述的烟气的脱硫方法在烟气处理领域的应用。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种烟气的脱硫剂及脱硫方法，可以替代石灰或石灰石的传统石灰-石膏法实现湿法脱硫，采用玻璃相含量≥85wt%的钢渣作为烟气的脱硫剂，可以更充分地发挥钢渣中的金属组分的作用，获得更高的烟气脱硫的硫容量，实现含硫烟气的高效处理；同时，钢渣作为烟气的脱硫剂提高了钢渣资源化利用率，实现更加明显的社会效益、环保效益和经济效益，易于工业化推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为水淬钢渣与炉冷钢渣的XRD图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种烟气的脱硫剂及脱硫方法，采用玻璃相含量≥85wt%的钢渣作为烟气的脱硫剂，钢渣作为烟气的脱硫剂提高了钢渣资源化利用率，可以替代石灰或石灰石的传统石灰-石膏法实现湿法脱硫，更充分地发挥钢渣中的金属组分的作用，获得更高的烟气脱硫的硫容量，实现含硫烟气的高效处理，获得更加明显的社会效益、环保效益和经济效益，易于工业化推广应用。

根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种烟气的脱硫剂，所述脱硫剂为玻璃相含量≥85wt%的钢渣。发明人研究发现，位于钢渣玻璃相中的金属组分更易解离固定SO₂，对钢渣的玻璃相含量进行控制可以获得更高的烟气脱硫的硫容量。具体地，所述钢渣的玻璃相含量为例如但不限于≥85wt%、≥88wt%、≥90wt%、≥92wt%、≥95wt%中的任意一者。

所述钢渣可以采用本领域常用的钢渣冷却工艺制备得到，只要能够满足钢渣的玻璃相含量≥85wt%即可。例如可以采用水淬法、风淬法或离心粒化法等方法，钢渣处理后的物相分析如图1所示。优选的，所述钢渣可以采用如下处理工艺制备得到：熔融钢渣出炉，控制钢渣从熔融态温度至1000℃温度区间内的冷却速度＞10℃/s，随后冷却至室温，得到玻璃相含量≥85wt%的钢渣。具体地，所述钢渣从熔融态温度至1000℃温度区间内的冷却速度可以为例如但不限于＞15℃/s、＞20℃/s、＞25℃/s、＞30℃/s、＞35℃/s、＞40℃/s、＞45℃/s、＞50℃/s中的任意一者，本发明对钢渣1000℃以下的冷却速度不做要求。

所述钢渣的粒径不做特殊要求，所述钢渣的粒径可以为例如但不限于≤200目、≤230目、≤270目、≤300目、≤325目、≤400目中的任意一者，所述钢渣无需超微粉碎，钢渣破碎后过筛即可使用，制备工艺简单易操作。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

所述湿法脱硫包括鼓泡法、喷淋法。所述烟气可以为燃煤电厂废热烟气、石灰窑废热烟气、钢铁厂烧结烟气、化工厂废热烟气、水泥厂废热烟气中的一种或多种。所述烟气的SO₂浓度为500~20000ppm，具体地，所述烟气的SO₂浓度为例如但不限于500ppm、1000ppm、3000ppm、5000ppm、10000ppm、15000ppm、20000ppm中的任意一者或任意两者组成的范围。

本发明还保护一种所述烟气的脱硫剂或所述的烟气的脱硫方法在烟气处理领域的应用。

以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。

实施例1

取一定量重熔后离心粒化获得的钢渣（冷却速度约为11.8℃/s，粒径<74μm）及去离子水形成固液比1:100的混合液于容器中，打开恒温磁力搅拌器的电加热和磁力搅拌功能，设置参数为温度25℃、搅拌速度800r·min^-1。将钢渣粉水解10min，待pH值稳定后，通入SO₂混合气体（流量为600mL·min^-1），进行鼓泡法烟气脱硫，间隔10min记录一次尾气SO₂浓度值，待脱硫率到达设定值（脱硫率终点设为90%）后，停止通入混合气体，反应结束。将反应液体直接干燥得到脱硫产物，测试其含硫量获得钢渣硫容量。经测试其脱硫率>95%，烟气脱硫后测试其硫容量为0.632。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，

所加入的钢渣为重熔后水淬获得的钢渣（冷却速度约为13.3℃/s），其成分与离心粒化获得的钢渣一致。经测试其脱硫率>95%，烟气脱硫后测试其硫容量为0.649。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处在于，

所加入的钢渣为重熔后随炉冷却的钢渣（冷却速度约为0.05℃/s），其成分与离心粒化获得的钢渣一致。经测试其脱硫率>95%，烟气脱硫后测试其硫容量为0.404。

对比例2

本对比例与实施例1的不同之处在于，

所加入的钢渣为重熔后通过风扇吹扫冷却的风冷钢渣（冷却速度约为0.4℃/s），其成分与离心粒化获得的钢渣一致。经测试其脱硫率>95%，烟气脱硫后测试其硫容量为0.435。

对比例3

本对比例与实施例1的不同之处在于，

所加入的钢渣为重熔后在空气中自然冷却的钢渣（冷却速度约为0.15℃/s），其成分与离心粒化获得的钢渣一致。经测试其脱硫率>95%，烟气脱硫后测试其硫容量为0.442。

对比例4

本对比例与实施例1的不同之处在于，

所加入的脱硫剂为CaCO₃试剂。经测试其脱硫率>92%，烟气脱硫后测试其硫容量为0.647。

对比例5

本对比例与实施例1的不同之处在于，

所加入的脱硫剂为CaO试剂。经测试其脱硫率>98%，烟气脱硫后测试其硫容量为1.106。

对水淬钢渣及其炉冷钢渣进行XRD分析（如图1所示）可知，钢渣脱硫性能的根本差别为其中物相组成，水淬钢渣（实施例2）物相组成主要为玻璃相，经测试其玻璃相含量为90wt%，离心粒化获得的钢渣（实施例1）玻璃相含量为85%；从各实施例和对比例的硫容量的分析结果可知，水淬钢渣的硫容量为传统脱硫剂CaCO₃的硫容量的97.7%，水淬钢渣（实施例2）的硫容量比炉冷钢渣（对比例1）的硫容量提升60.64%，离心粒化获得的钢渣（实施例1）的硫容量比炉冷钢渣（对比例1）的硫容量提升56.44%，可见玻璃相含量85wt%以上的钢渣提高了钢渣的硫容量，具有优异的脱硫性能，通过快速冷却可以获得玻璃相含量较高的钢渣，因此快速冷却获得的钢渣可以提升其脱硫性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种烟气的脱硫剂在烟气处理领域的应用，其特征在于，所述脱硫剂为玻璃相含量≥85wt%的钢渣。

2.根据权利要求1所述的烟气的脱硫剂在烟气处理领域的应用，其特征在于，所述钢渣的粒径≤200目。

3.根据权利要求1所述的烟气的脱硫剂在烟气处理领域的应用，其特征在于，所述钢渣采用水淬法、风淬法或离心粒化法制备得到。

4.根据权利要求1所述的烟气的脱硫剂在烟气处理领域的应用，其特征在于，所述钢渣采用如下工艺制备：熔融钢渣出炉，从熔融态温度至1000℃温度区间内的冷却速度＞10℃/s，随后冷却至室温。