一种利用煤灰提高在煤热解中固氮效率的方法与流程

本发明涉及煤热解中氮脱除技术领域，具体涉及一种利用煤灰提高在煤热解中固氮效率的方法。

背景技术：

煤在加工利用过程中所产生的污染物现已成为造成生态环境破坏的最大的污染源，在煤热解过程中氮元素以氮氧化物等形式进入空气中，对地球空气污染治理造成了很大的影响。目前针对煤热解产生烟气中氮氧化物的脱除问题，主要依靠如尿素吸收等方法，这类方法存在投资大和需要额外的运行设备等问题。

目前，煤热解烟气中的氮氧化物主要污染来源于氰化氮，在煤炭利用中通过降低氰化氢或者使氰化氢更多地转化为氮气排放，是解决烟气处理方法带来的投资运行费用与占地问题的重要方法。如何简便又高效地降低氰化氢等含氮气体的排放是需要解决的一大问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用煤灰提高在煤热解中固氮效率的方法，投资少，成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用煤灰提高在煤热解中固氮效率的方法，包括：

(1)将水溶性铁盐和/或水溶性锌盐溶于水中制得处理液，将电厂燃烧后的煤灰浸泡在处理液中30～40min，干燥后备用；

(2)将一定量的原料煤与处理后的煤灰混合并在隔绝空气的情况下进行热解，抑制煤在热解中含氮化合物气体的析出，得到洁净的热解气；

(3)将热解后的半焦或焦炭完全浸泡在酸溶液中1～3h，煤中氮溶出于酸溶液中，浸泡后再洗涤去除掺混在内的煤灰，实现煤中大部分氮的脱除，并得到干净的半焦或焦炭。

上述技术方案中，步骤(1)中所述水溶性铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的一种或多种，所述水溶性锌盐为硝酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或多种。

上述技术方案中，步骤(1)中所述处理液中的水溶性铁盐和/或水溶性锌盐占煤灰的质量分数为0.1％～0.5％。

上述技术方案中，步骤(2)中所述煤热解温度为800～1000℃。

上述技术方案中，步骤(2)中所述处理后煤灰与原料煤的质量比为1：5～10。

上述技术方案中，步骤(3)中所述酸溶液为盐酸、硫酸、醋酸、草酸中的一种或多种，所述酸溶液浓度为0.1～0.2mol/l。

上述技术方案中，步骤(3)中所述酸溶液与原料煤的质量比为1：10。

本发明原理如下：煤灰中本身带有氧化铁、氧化铝等氧化物，再经过处理液浸泡处理后，煤灰中更多地增加了如铁等元素的有效成分。在原料煤中掺混处理液处理后的煤灰，煤灰中丰富的物质含有大量阳离子，由于阳离子外电子层比较容易得失电子的特性和较强的氧化性，同时由于各种金属复杂的协同作用，使得处理后的煤灰可以在煤热解过程中起到固定氮和抑制氮氧化物生成的作用，即通过热解时煤中析出的气体，比如hcn、nh3等含氮的气体，与掺混的金属添加助剂发生反应，生成氮化物，同时由于煤灰中本身存在的矿物质和有效成分的协同作用，抑制了hcn、nh3等有害气体的产生从而达到固氮的效果。将热解后的煤再进行洗脱，脱去掺混的煤灰和生成的氮化物。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)煤中氮脱除效率高：采用处理液处理过的煤灰掺混热解煤可以有效降低热解气中含氮气体的排放；

2)对煤热解后的热解气利用过程影响小：采用处理液处理后煤灰掺混可以在煤热解中减少有害含氮气体的排放，对处理煤热解气体的后续装置的压力有所减小；

3)技术方法可应用性广泛：采用处理后的煤灰掺混的同时，可以同搭配相对应的固硫脱硫类形的添加助剂同时使用，一举多得，减少生产工序，普适性强；

4)需要用到的成分容易获取：本发明所用煤灰是电厂燃烧后废弃的煤灰，其中含有大量的矿物和自然的金属氧化物，为固体废弃物煤灰再利用提供了一条新思路。同时本发明在实际操作中，在现有的热解制备半焦的过程中引入湿式选煤的方法，只需在选煤中加入酸洗过程，固定完成氮的处理后的煤灰会随着酸洗液而脱除于煤中，无需更多的额外工序即可实现，方法简单，成熟有效。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

在原料煤中加入处理液处理后的煤灰，所述处理液所含的添加物质为水溶性铁盐和/或水溶性锌盐，将所述处理液处理后的煤灰与原料煤以1：5～10的质量比混合，将混合后的煤样放入高温管式炉中，在隔绝空气的情况下进行热解，煤热解温度为800～1000℃。

将煤热解过的半焦通过酸溶液酸洗脱除掺混的煤灰和其固定下来的氮化物，从而提高氮脱除效率。所述酸包括盐酸、硫酸、醋酸、草酸中的任一种或几种混合物。所述酸溶液浓度为0.1～0.2mol/l。所述酸溶液与原料煤的质量比为1：10。所述酸溶液浸洗时间为1～3h。将酸洗过的煤样通过大量的水进行水洗，从而脱去煤中引入的杂质离子。

本发明所获得煤焦可作为民用燃料或煤气化、液化原料。

实施例1

取电厂燃烧后的煤灰，按煤灰0.5％的质量分数称取硝酸铁并溶于适量自来水中，制得处理液。将煤灰置于处理液中浸泡40min后干燥。热解的原料煤全氮含量0.59％、粒度小于0.15mm。将原料煤与处理后的煤灰按5：1的质量比均匀混合。用瓷舟承载2g处理过的煤样，将瓷舟放入高温管式炉中并在隔绝空气的情况下进行热解，热解终温度为800℃，并在终温停留30min。配制0.1mol/l的草酸溶液，草酸溶液与原料煤质量比为1：10，并将热解后的煤样浸入其中浸泡2h。将浸泡过的煤样进行三轮水洗，每次水洗10min。热解结果表明，烟气中氮元素含量由占原料煤全氮含量的23.3％降低至2.8％，其固氮率为87.9％。

实施例2

取电厂燃烧后的煤灰，按煤灰0.4％的质量分数称取硝酸锌并溶于适量洁净的工业用水中，制得处理液。将煤灰置于处理液中浸泡30min后干燥，热解的原料煤全氮含量0.51％、粒度小于0.15mm。将原料煤与处理后的煤灰按10：1的质量比均匀混合，同时添加有利于固硫的金属添加剂。用瓷舟承载3g处理过的煤样，将瓷舟放入高温管式炉中并在隔绝空气的情况下进行热解，热解终温为900℃，并在终温处停留30min。配制0.1mol/l的盐酸溶液，盐酸溶液与原料煤质量比为1：10，并将热解后的煤样浸入其中浸泡3h。将浸泡过的煤样进行三轮水洗，每次水洗10min。热解结果表明，烟气中的氮元素含量由占原料煤全氮含量的22.3％降低至2.1％，其固氮率为90.6％，同时硫元素在烟气中含量也有所下降。

实施例3

取电厂燃烧后的煤灰，按煤灰0.5％的质量分数称取硫酸铁并溶于适量去离子水中，制得处理液。将煤灰置于处理液中浸泡30min后干燥。热解的原料煤全氮含量0.45％、粒度小于0.15mm。将原料煤与处理后的煤灰按10：1的质量比均匀混合。用瓷舟承载2g处理过的煤样，将瓷舟放入高温管式炉中并在隔绝空气的情况下进行热解，热解终温度为1000℃，并在终温停留30min。配制0.2mol/l的醋酸溶液，醋酸溶液与原料煤质量比为1：10，并将热解后的煤样浸入其中浸泡1h。热解结果表明，烟气中氮元素含量由占原料煤全氮含量的22.1％降低至2.2％，其固氮率为81.1％。