一种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁工厂烟气脱硫技术领域，特别是涉及一种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置及制备方法。

背景技术

随着我国对工业烟气排放要求的日益严格，钢铁行业中产生的二氧化硫气体亟待合适的工艺处理。由于钢厂加热炉及轻轨车间的低温含硫烟气中含硫量较低，使用湿法脱硫工艺经济性较差。而干法脱硫工艺具有建设成本低、运行稳定、成本低等优势，成为了该工况下脱硫的首选。

干法固定床脱硫技术应用成熟，运行稳定，在工厂中因占地面积小，设备改造简单深受行业青睐。而钙基脱硫剂的原料来源广泛，相较于传统碳酸氢钠脱硫剂具有成本低，副产物易于处理的优势。因此制备高活性的钙基脱硫剂逐渐成为行业关注的焦点。

工业上生石灰来源广泛，价格低廉，消化后获得的氢氧化钙是高活性钙基脱硫剂的主要组分。生石灰消化设备要求低、消化工艺操作简单，所以工业上制备氢氧化钙多直接采用生石灰水合消化的方式。氢氧化钙的比表面积越大，孔隙率越高，则其活性越强，在烟气脱硫中能发挥更佳的效果。然而未经处理的工业生石灰脱硫能力较差，因此如何在消化过程最大程度地提高产物的比表面积和脱硫活性是技术的关键之处。本发明创新性地使用含氯溶液代替传统纯水一级消化液，在三级消化中用不同搅拌强度促进消化，通过不同消化温度区分消化阶段，最终制得蓬松高活性钙基脱硫剂。另一方面，小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置亦能实现市场对随时随地便捷生产小量测试用脱硫剂的需求，节约制备成本，增加自由性。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中的急迫需求，提供一种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置及制备方法，在控制成本的提前下通过对消化条件的优化，使用小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置获得高活性、高比表面积的粉状钙基脱硫剂。

本发明提供了一种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，包括第一级消化器、第二级消化器、第三级消化器、雾化喷头、注液口、双轴螺旋推进杆、加热层、温控装置、喷淋装置、进料口、出料口、支架、万向轮。生石灰原料经入料口进入第一级消化器，在双轴螺旋推进杆的搅拌下自消化器的起始端送往末端方向，期间与雾化喷头喷淋出的一级消化液充分反应；物料落入第二级消化器的起始端后，物料经双轴螺旋推进杆搅拌推送至第二级消化器的末端方向，期间与雾化喷头喷淋出的二级消化液充分反应；物料落入第三级消化器的起始段后，物料经双轴螺旋推进杆的搅拌推送至第三级消化器的末端末端，在此阶段反应物充分熟化得到蓬松的脱硫剂粉体；打开出料口处的球阀，收集粉末后得到工业钙基脱硫剂成品。

优选的，第一级消化器、第二级消化器、第三级消化器垂直堆叠，首尾相连，每层搅拌轴运行方向互为反向，且搅拌轴为平行双轴设计，增加搅拌强度。

优选的，第一级消化器、第二级消化器顶部安装横向均匀分布的若干雾化喷头，喷淋范围、流量大小受喷淋控制系统控制，所需消化液由注液口处加入，消化液与原料的质量比为1∶(0.4～1)。一级消化液为含氯无机盐溶液，无机盐为无机氯盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠中的一种。二级消化液为有机溶剂溶液，有机溶剂为二乙二醇、1，3-丁二醇、尿素、无机乙醇、聚乙二醇、乙二醇中的一种或多种混合。

优选的，第一级消化器、第二级消化器、第三级消化器腔体中心装配双轴螺旋推进杆，底部弧形加热层与双轴螺旋推进杆的浆叶搅拌范围贴合，消化反应时间由电机转速控制，反应时间为15～30min。

优选的，第一级消化器使用形状规则的搅拌浆叶，第二级消化器和第二级消化器使用形状不规则的搅拌桨叶，其搅拌强度不同。

优选的，三级干式消化器搅拌槽底部和左右两侧设置弧形加热层，温控装置可分级设置第一级消化器、第二级消化器、第三级消化器的温度，加热层夹层中的导热油由注油口加入，温度可调范围为30～150℃。

优选的，出料口位于第三级消化器末端下方，由球阀控制开关。

优选的，装置由四个支架底部的万向轮控制移动方向。

本发明提供了一种利用小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置制备高活性脱硫剂的技术方案，包括以下具体步骤：

S1、将工业生石灰粉与高活性金属氧化物以特定方式调配后，送入小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置的进料口；

S2、S1中的生石灰原料与一级消化液充分接触，在螺旋推进杆的弱搅拌下进行初级消化，停留约10-15分钟后被推入第二级消化器；其中，一级消化液中含有的助剂为含有氯元素的金属盐；

S3、S2中消化物与二级消化液充分接触，在螺旋推进杆的强搅拌下进行二级消化，停留约10-15分钟后被推入第三级消化器；其中，二级消化液中含有的助剂为有机溶剂；

S4、S3中的消化物在第三级消化器内强搅拌熟化，停留约20-25分钟后从出料口处送出，得到蓬松高活性钙基脱硫剂粉体。

优选的，S1中所述生石灰为产自回转窑的工业粉状生石灰，含钙量大于90％，具有高活性。

优选的，S1中所述三级干式消化器搅拌槽底部和左右两侧设置弧形加热层，可通过温控装置分级设置温度。第一与第二级消化器装有雾化喷头，在消化器顶部均匀分布，消化液经雾化后与搅拌槽中的消化物均匀接触。每层消化液流量可通过喷淋装置分别设定。每级消化器都装配具有搅拌桨叶的双轴螺旋推进杆。其中第一级消化器使用规则叶片，第二与第三级消化器使用不规则叶片。

优选的，S1中所述高活性金属氧化物为氧化铝、氧化镁、三氧化二铁中的一种或多种。生石灰与金属氧化物在一级消化器内搅拌混合。其中，所述工业粉状生石灰与高活性金属氧化物质量比为1∶(0.05～0.1)；更优选的质量比为1∶0.1。

优选的，S2中所述第一级消化器内使用的消化液为含有氯离子的无机盐溶液，其中氯盐的含量为1～4wt.％。更优选的含量为4wt.％。无机氯盐为氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠中的一种。更优选的无机氯盐为氯化钙。

优选的，S3中所述第二级消化器内使用的消化液为去离子水与有机溶剂的混合物，其中有机溶剂占消化液的1.5～5wt.％。有机溶剂为二乙二醇、1，3-丁二醇、尿素、无机乙醇、聚乙二醇、乙二醇中的一种或多种混合。更优选的比例由有机溶剂决定。

优选的，S2与S3中所述第一级与第二级消化器内，消化液与S1中生石灰原料的质量比为1∶(0.4～1)，更优选的液固质量比为1∶1；消化液的温度为25～60℃，更优选的温度为60℃。

优选的，S2与S3中所述第一级和第二级消化器内温度为50～100℃，其中更优选的温度为100℃。

优选的，S4中所述第三级消化器内温度为80～120℃，其中更优选的温度为100℃。

优选的，制备装置的出料口位于第三级消化器末端下方，由球阀控制开关。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

1、本发明提供的这种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，通过第一级消化器、第二级消化器、第三级消化器、喷淋头、注液口、双轴螺旋推进杆、加热层、温控装置、喷淋装置、进料口、出料口、支架、万向轮，组装一种制备装置满足市场制备小批量钙基脱硫剂作为测试药剂的需求。使用产自回转窑的工业生石灰粉经三级消化制备消石灰(附图1)，针对实际工况条件，制得适用于钢厂加热炉及轻轨车间含硫烟气的具有高硫容、长穿透时间、高脱硫效率的高活性钙基脱硫剂，并在固定床脱硫实验装置上验证了脱硫剂的脱硫能力(附图4)。

2、本发明提供的这种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，可通过喷淋装置分别控制第一级消化器和第二级消化器中消化液的喷淋条件，添加不同种类的消化液以满足高效消化生石灰的需求。

3、本发明提供的这种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，第一级消化器、第二级消化器和第三级消化器的加热温度可由温控装置单独控制，帮助消化器内的反应过程达到最佳效果。

4、本发明提供的这种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，第一级消化级与第二、第三级消化器的搅拌桨的桨叶形状不同(附图3)，第一级消化器桨叶使用完整的扇面桨叶，实现物料间的均匀混合以及大部分的消化。第二级和第三级消化器使用不规则形状的搅拌桨叶使得物料混合更加剧烈，确保消化反应的彻底完成。

5、本发明提供的这种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，支架底部装配有4个万向轮，便于设备的移动，满足多样的安置需求，符合工业现场便捷制备小批量试验用钙基脱硫剂的需求。

6、本发明使用产自回转窑的工业生石灰粉经三级消化制备消石灰(附图1)，针对实际工况条件，制得适用于钢厂加热炉及轻轨车间含硫烟气的具有高硫容、长穿透时间、高脱硫效率的高活性钙基脱硫剂；小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置(附图2)降低了制备难度，节约时间和空间成本。并且通过固定床脱硫实验装置模拟工况条件，验证了所得脱硫剂的脱硫能力(附图4)。

7、本发明中第一级消化器使用含有氯离子的无机溶液代替传统纯净水作为消化液，进行初级消化，大幅度提高了生石灰中钙离子在溶液中的溶解度，增强了其与OH

8、本发明中第二级消化器使用一种或多种低成本的无机助剂提高了消石灰表面张力，增强其流动性与分散性，为熟化阶段制得蓬松粉体制造条件。同时与消石灰结合增加了表面活性组分，提高消石灰比表面积及脱硫活性，增强了脱硫剂在工况下的有效脱硫时间和最大硫容，有效降低了药剂投入成本。

9、本发明中通过搅拌桨叶形状区分小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置中各级消化器的搅拌强度，实现对反应过程精准地优化。其中第一级消化级与第二、第三级消化器的搅拌桨的桨叶形状不同(附图3)，第一级消化器桨叶使用完整的扇面桨叶，实现物料间的均匀混合以及大部分的消化。第二级和第三级消化器使用不规则形状的搅拌桨叶使得物料混合更加剧烈，确保消化反应的彻底完成。

10、本发明凭借提供的小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置，拥有制备灵活的优势。满足多样的安置需求，可随时更改生产地点，迎合了工业现场便捷制备小批量试验用钙基脱硫剂的需求。

附图说明

图1为高活性钙基脱硫剂制备流程图；

图2为小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置立体结构示意图；

图3为小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置剖面示意图；

图4为固定床脱硫反应测试流程图；

附图标记说明：1、进料口；2、第一级消化器；3、第二级消化器；4、第三级消化器；5、雾化喷头；6、注液口；7、喷淋控制系统；8、螺旋搅拌推进轴；9、加热层；10、注油口；11、温控装置；12、出料口；13、球阀；14、支架；15、万向轮。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，本发明提供了一种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置及制备方法，包括如下步骤：

(1)产自回转窑的工业生石灰粉，具有高活性。称取生石灰与氢氧化铝粉末以设定的给料速率加入小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置内。消化器由三级消化器组成，每级内置可调速的双轴螺旋搅拌推进杆。第一、第二级消化器顶部均匀布置雾化喷头，喷淋流速可由喷淋装置分别控制。其中，生石灰与氢氧化铝的质量比为1∶0.1。

(2)第一级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(1)中的生石灰与氢氧化钙粉末的混合物在搅拌桨叶的搅拌下均匀混合，同时通入一级消化液，雾化喷头喷出的一级消化液与混合物充分接触反应。消化物在第一级消化器中反应10分钟后被推入第二级消化器。其中，消化液中氯化钙的含量为4wt.％，消化液与粉体的质量比为1∶1，消化液的温度为60℃。第一级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为100℃。

(3)第二级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(2)中的消化物在不规则的搅拌桨叶(附图3)搅拌下更剧烈的混合，同时通入二级消化液，雾化喷头喷出的二级消化液与消化物均匀接触，发生进一步消化反应。消化物在第二级消化器中反应10分钟后被推入第三级消化器。其中，消化液中尿素的含量为2wt.％，消化液与粉体的质量比为1∶1，消化液的温度为60℃。第二级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为100℃。

(4)第三级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(3)中的消化物在不规则的搅拌桨叶(附图3)搅拌下剧烈搅拌熟化。停留20分钟后，打开出料口的球阀，消化物被推出制备装置，得到蓬松的高活性钙基脱硫剂成品。第三级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为100℃。

(5)将步骤(4)中得到的高活性钙基脱硫剂成品研磨至120目后，在固定床脱硫反应装置上进行性能检测(附图4)。设置药品装填量为0.25g，二氧化硫浓度为120mg/m

实施例2

如图1、2所示，本发明提供了一种小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置及制备方法，包括如下步骤：

(1)产自回转窑的工业生石灰粉，具有高活性。称取生石灰与三氧化二铁粉末以设定的给料速率加入小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置内。消化器由三级消化器组成，每级内置可调速的双轴螺旋搅拌推进杆。第一、第二级消化器顶部均匀布置雾化喷头，喷淋流速可由喷淋装置分别控制。其中，生石灰与三氧化二铁的质量比为1∶0.1。

(2)第一级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(1)中的生石灰与三氧化二铁粉末的混合物在搅拌桨叶的搅拌下均匀混合，同时通入一级消化液，雾化喷头喷出的一级消化液与混合物充分接触反应。消化物在第一级消化器中反应15分钟后被推入第二级消化器。其中，消化液中氯化钙的含量为2wt.％，消化液与粉体的质量比为1∶0.4，消化液的温度为25℃。第一级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为50℃。

(3)第二级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(2)中的消化物在不规则的搅拌桨叶(附图3)搅拌下更剧烈的混合，同时通入二级消化液，雾化喷头喷出的二级消化液与消化物均匀接触，发生进一步消化反应。消化物在第二级消化器中反应15分钟后被推入第三级消化器。其中，消化液中1，3-丁二醇的含量为2wt.％，消化液与粉体的质量比为1∶0.4，消化液的温度为25℃。第二级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为50℃。

(4)第三级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(3)中的消化物在不规则的搅拌桨叶(附图3)搅拌下剧烈搅拌熟化。停留25分钟后，打开出料口的球阀，消化物被推出制备装置，得到蓬松的高活性钙基脱硫剂成品。第三级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为80℃。

(5)将步骤(4)中得到的高活性钙基脱硫剂成品研磨至120目后，在固定床脱硫反应装置上进行性能检测。设置药品装填量为0.6g，二氧化硫浓度为500mg/m

实施例3

1)产自回转窑的工业生石灰粉，具有高活性。称取生石灰与三氧化二铁粉末以设定的给料速率加入小型移动式高活性钙基脱硫剂制备装置内。消化器由三级消化器组成，每级内置可调速的双轴螺旋搅拌推进杆。第一、第二级消化器顶部均匀布置雾化喷头，喷淋流速可由喷淋装置分别控制。其中，生石灰与氧化镁的质量比为1∶0.05。

(2)第一级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(1)中的生石灰与氧化镁粉末的混合物在搅拌桨叶的搅拌下均匀混合，同时通入一级消化液，雾化喷头喷出的一级消化液与混合物充分接触反应。消化物在第一级消化器中反应10分钟后被推入第二级消化器。其中，消化液中氯化钙的含量为2wt.％，消化液与粉体的质量比为1∶0.8，消化液的温度为60℃。第一级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为50℃。

(3)第二级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(2)中的消化物在不规则的搅拌桨叶(附图3)搅拌下更剧烈的混合，同时通入二级消化液，雾化喷头喷出的二级消化液与消化物均匀接触，发生进一步消化反应。消化物在第二级消化器中反应10分钟后被推入第三级消化器。其中，消化液中氢氧化钠和尿素的含量分别为2wt.％，消化液与粉体的质量比为1∶0.5，消化液的温度为60℃。第二级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为50℃。

(4)第三级消化器内双轴螺旋推进杆以给定的速率均匀旋转，步骤(3)中的消化物在不规则的搅拌桨叶(附图3)搅拌下剧烈搅拌熟化。停留30分钟后，打开出料口的球阀，消化物被推出制备装置，得到蓬松的高活性钙基脱硫剂成品。第三级消化器底部和两侧设有加热层，通过温控装置将温度设置为80℃。

(5)将步骤(4)中得到的高活性钙基脱硫剂成品研磨至120目后，在固定床脱硫反应装置上进行性能检测。设置药品装填量为0.3g，二氧化硫浓度为200mg/m

实施例4

将实施例1步骤(3)中使用的尿素溶液浓度更换为5wt.％，制得脱硫剂样品。设置药品装填量为0.5g，二氧化硫浓度为120mg/m

以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。