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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型天然固硫劑--禽類蛋殼脫硫特性研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本文利用以廢治廢的思想，采用廉價(jià)易得的生活廢棄物——雞蛋殼作為固硫劑展開(kāi)研究。在一高溫管式爐，以煤粉為原料，以雞蛋殼和調(diào)質(zhì)雞蛋殼為固硫劑，在自行設(shè)計(jì)的燃燒舟上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并與貝殼粉作對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究溫度、流量、鈣硫比等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)脫硫效率的影響，并利用SEM電鏡觀察雞蛋殼形貌，闡明雞蛋殼的脫硫機(jī)制。廢棄的蛋殼極其廉價(jià)，這大大的降低了脫硫成本，且其脫硫效果十分理想，為治理二氧化硫的污染開(kāi)辟了新思路。
詳細(xì)介紹：
煤是我國(guó)的基本能源，電力工業(yè)中也以燃煤火電機(jī)組為主，煤的高效低污染燃燒是能源科學(xué)技術(shù)與環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究中的交叉熱點(diǎn)。煤的直接燃燒產(chǎn)生大量的SO2，是大氣環(huán)境的主要污染源之一。治理SO2 的主要方法有三種：煤的預(yù)處理脫硫、燃燒過(guò)程脫硫和煙氣脫硫。煤的預(yù)處理過(guò)程在脫除煤中所含硫分方面效率較低, 難以滿足環(huán)保要求。煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已較為成熟, 但其昂貴的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用極大地限制了它的廣泛應(yīng)用。而燃燒脫硫技術(shù)則具有設(shè)備操作簡(jiǎn)單, 占用空間小, 投資少等優(yōu)勢(shì), 適合于對(duì)現(xiàn)行鍋爐進(jìn)行改進(jìn)，但它在高溫條件下的脫硫效果較差。我國(guó)目前中小型燃煤工業(yè)鍋爐眾多，短期內(nèi)不可能進(jìn)行改型, 如能從技術(shù)上提高現(xiàn)有燃燒中固硫劑的利用率, 不失為一條簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、適合我國(guó)國(guó)情的好方法。 據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)是世界上養(yǎng)禽最多的國(guó)家, 產(chǎn)蛋量已連續(xù)20年雄居世界之首。2003年我國(guó)禽蛋產(chǎn)量為2560.7萬(wàn)噸，按蛋殼占蛋重的12%計(jì)算，中國(guó)年產(chǎn)300多萬(wàn)噸蛋殼，這些蛋殼被作為廢棄物直接丟棄，不僅對(duì)環(huán)境造成污染，也是資源的浪費(fèi)。若將蛋殼收集起來(lái),進(jìn)行綜合利用，既增加了經(jīng)濟(jì)效益, 又減少了環(huán)境的負(fù)擔(dān)，這項(xiàng)工作很值得重視。 迄今為止，未見(jiàn)蛋殼用于燃燒過(guò)程脫硫的研究報(bào)導(dǎo)。本文利用以廢治廢的思想，采用廉價(jià)易得的生活廢棄物——雞蛋殼作為固硫劑展開(kāi)研究。在一高溫管式爐，以煤粉為原料，以雞蛋殼和調(diào)質(zhì)雞蛋殼為固硫劑，在自行設(shè)計(jì)的燃燒舟上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。以NaOH、NaCl、無(wú)水乙醇和Na2CO3等對(duì)蛋殼粉進(jìn)行調(diào)質(zhì)，研究調(diào)質(zhì)后蛋殼粉固硫劑在燃燒過(guò)程的脫硫效率，結(jié)果表明：在900℃-1150℃的溫度下， NaOH調(diào)質(zhì)蛋殼固硫劑是最好的固硫劑，它的脫硫率達(dá)到88.1%，高于NaCl、無(wú)水乙醇、Na2CO3調(diào)質(zhì)固硫劑，也比其它一般的固硫劑高。確定了NaOH調(diào)質(zhì)蛋殼粉的最佳固硫條件，如下：最佳固硫溫度為1000℃，最佳鈣硫比為2：1。進(jìn)一步分析表明：蛋殼在熱堿中調(diào)質(zhì)可除去蛋殼中的生物膜，NaOH在調(diào)質(zhì)過(guò)程中已經(jīng)滲透到蛋殼的主要成分CaCO3的晶格中去了，對(duì)CaCO3晶格產(chǎn)生了很大影響。因?yàn)镹aOH不但可以和CO2反應(yīng)促進(jìn)CaCO3的分解產(chǎn)生CaO，還能直接與SO2反應(yīng)起到固硫作用。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

針對(duì)目前二氧化硫污染嚴(yán)重，且濕法脫硫設(shè)備昂貴、干法脫硫效率低等現(xiàn)狀，利用“以廢治廢”的思想開(kāi)發(fā)出一種新型天然固硫劑--禽類蛋殼。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

禽類蛋殼作為一種產(chǎn)生量巨大的生活廢棄物，含有豐富的碳酸鈣成份, 目前對(duì)蛋殼這類含碳酸鈣成份的天然固硫劑還沒(méi)有作出研究，基于此, 本研究在一高溫管式爐內(nèi)進(jìn)行煤燃燒實(shí)驗(yàn)研究，利用煙氣分析儀進(jìn)行尾氣的精確測(cè)量，用不同的調(diào)質(zhì)劑對(duì)蛋殼進(jìn)行調(diào)質(zhì)，試驗(yàn)研究禽類蛋殼的脫硫效果。結(jié)果表明，用熱NaOH調(diào)質(zhì)雞蛋殼，在1000℃條件下，其脫硫率達(dá)88.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于一般的鈣基固硫劑。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

昂貴的濕法脫硫裝置使一些小型電廠無(wú)力承擔(dān)，干法脫硫往往達(dá)不到理想的效果。本研究主要是針對(duì)小型電廠而言，廢棄的蛋殼極其廉價(jià)，這大大的降低了脫硫成本，且經(jīng)過(guò)課題組的研究證實(shí)，其脫硫效果十分理想，為治理二氧化硫的污染開(kāi)辟了新思路。

學(xué)術(shù)論文摘要

用NaOH、乙醇、Na2CO3和NaCl等對(duì)雞蛋殼進(jìn)行了調(diào)質(zhì)，研究調(diào)質(zhì)雞蛋殼的脫硫效果，結(jié)果表明最佳的蛋殼調(diào)質(zhì)劑為NaOH，經(jīng)NaOH調(diào)質(zhì)后蛋殼粉的最佳固硫溫度為1000℃，最佳鈣硫比為2：1。實(shí)驗(yàn)比較了同一條件下NaOH調(diào)質(zhì)蛋殼固硫劑、蛤殼和蠔殼等天然固硫劑在1000℃下的脫硫效果，結(jié)果表明NaOH調(diào)質(zhì)蛋殼的脫硫率最高，達(dá)到88.1%。SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氫氧化鈉不但可以除去蛋殼的生物膜還能改善蛋殼表面的微觀結(jié)構(gòu)，有效地提高了蛋殼的脫硫率。

獲獎(jiǎng)情況

廣東省第十屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。2009.5 學(xué)校第三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 2009.3 《某大學(xué)學(xué)報(bào)》，“調(diào)質(zhì)雞蛋殼的脫硫性能研究”，已接收，待發(fā)表。

鑒定結(jié)果

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

國(guó)內(nèi)外尚無(wú)任何關(guān)于用禽類蛋殼作為燃煤脫硫的固硫劑的相關(guān)研究。 1．鈣基固硫劑 CaCO3、CaO、Ca(OH)2 是三種最有代表性的鈣基固硫劑, Ca(OH)2的固硫效果最好 , 其次是CaO和CaCO3。這和其發(fā)生固硫反應(yīng)的溫度和顆粒結(jié)構(gòu)有關(guān)。Ca(OH)2固硫反應(yīng)開(kāi)始的溫度低 , 在500℃即可發(fā)生分解反應(yīng)生成 CaO, 固硫反應(yīng)和煤大部分硫析出的溫度區(qū)間相吻合 , 因此固硫效果好。而 CaCO3分解生成 CaO所需的溫度高 , 即 900℃才發(fā)生煅燒反應(yīng) , 它不能在低溫階段進(jìn)行有效的固硫。從固硫顆粒結(jié)構(gòu)上分析 , Ca(OH)2分解釋放出H2O, 其生成的CaO顆粒的空隙多 , 比表面積大 , 和SO2反應(yīng)速率高 , 所以Ca(OH)2固硫效果好于 CaO, 其最佳固硫溫度是800℃ ～1000℃。CaO 的最佳固硫溫度為800℃左右 , 固硫率可達(dá) 82%, 但隨著燃燒溫度的升高而逐漸下降。這主要是因?yàn)榉磻?yīng)一段時(shí)間后 , CaO顆粒表面孔隙很快被堵塞 , 從而阻止了SO2向其內(nèi)部的擴(kuò)散 , 使固硫率下降。另外 , 當(dāng)溫度高于 1200℃后 , CaSO4 發(fā)生高溫分解。 2．貝殼固硫劑 貝殼的主要成分為 CaCO3，因此貝殼也可用作固硫劑。貝殼和石灰石一樣，脫硫率都是隨著 SO2濃度的升高而增大，但是貝殼增大的幅度更大，其最佳脫硫溫度比石灰石高100 ℃左右。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng) 30h的硫化反應(yīng)后 ,貝殼的硫化率可達(dá) 70%左右，而相同條件下石灰石的硫化只有 38%。這是由于貝殼顆粒在固硫前后均有較大的氣孔，而石灰石的內(nèi)部氣孔分布小而密所致。由于貝殼內(nèi)分布?xì)饪壮叽绱螅蚧磻?yīng)在整個(gè)體積內(nèi)進(jìn)行，從而提高了鈣利用率，是一種較好的天然固硫劑。但是由于貝殼質(zhì)地堅(jiān)硬，需要耗費(fèi)大量動(dòng)力能源來(lái)將其破碎方可實(shí)現(xiàn)較好的固硫效果。 3．納米固硫劑 對(duì)納米 CaCO3作為固硫劑進(jìn)行的基礎(chǔ)研究表明，納米CaCO3有較好的利于固硫反應(yīng)的微觀物理特性和固硫特性，在1150℃具有較好的固硫效果, 并認(rèn)為 ，納米CaCO3 用作噴鈣吸收劑已具備一定的實(shí)用意義，但是其成本問(wèn)題將制約其工業(yè)應(yīng)用。
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