一种含氯煤的水洗脱氯方法
阅读说明：本技术 一种含氯煤的水洗脱氯方法 (Washing dechlorination method of chlorine-containing coal ) 是由 李显 孙一鸣 孙铭跃 姚洪 罗光前 刘欢 胡红云 胡振中 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤燃烧领域,具体涉及一种含氯煤的水洗脱氯方法,包括以下步骤：(1)将酸、洗脱助剂溶于水,得到洗脱液,所述弱酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005-0.05mol/L,所述洗脱助剂占洗脱液的体积百分比为5％-20％；(2)将含氯煤破碎得到煤粉,将所述煤粉与所述洗脱液混合,所述洗脱液与所述煤粉的质量之比为10-100,得到混合液；(3)将所述混合液在20-40℃下搅拌3-12小时,分离煤粉,即可完成水洗。本发明使用弱酸与水互溶作为洗脱液,弱酸所提供的H～+能够降低洗脱液的pH值,有效脱除煤种的含氯化合物,而且在洗脱液中加入有机溶剂作为助剂能够增强煤与溶剂亲和性,进一步提高洗脱率,二者结合能够显著脱出含氯煤中的氯元素,提高煤的品质。(The invention belongs to the field of coal combustion, and particularly relates to a washing dechlorination method for chlorine-containing coal, which comprises the following steps: (1) dissolving acid and an elution auxiliary agent in water to obtain an eluent, wherein the molar concentration of the weak acid in the eluent is 0.0005-0.05mol/L, and the elution auxiliary agent accounts for 5-20% of the volume of the eluent; (2) crushing chlorine-containing coal to obtain coal powder, mixing the coal powder with the eluent, wherein the mass ratio of the eluent to the coal powder is 10-100, and obtaining a mixed solution; (3) and stirring the mixed solution for 3-12 hours at the temperature of 20-40 ℃, and separating coal powder to finish water washing. The present invention uses weak acid and water as eluent, and H provided by weak acid + The pH value of the eluent can be reduced, the chlorine-containing compounds in the coal can be effectively removed, the organic solvent is added into the eluent as an auxiliary agent, the affinity between the coal and the solvent can be enhanced, the elution rate is further improved, the combination of the organic solvent and the solvent can obviously remove chlorine elements in the chlorine-containing coal, and the quality of the coal is improved.)
技术领域
本发明属于煤燃烧领域，具体涉及一种含氯煤的水洗脱氯方法。
背景技术
氯是煤中常见的一种有害元素。煤种的含氯物质燃烧后以HCl的形式存在于烟气中。当煤中的氯含量过高时，在燃烧过程中就会腐蚀设备，并产生结皮堵塞现象。同时，在燃烧过程中，氯的释放也会对环境造成很大的污染。电厂一般通过湿法脱硫系统将烟气中的大部分氯离子富集在脱硫塔中。如CN 111408255 A公开了一种燃煤烟气脱氯系统及工艺方法，此方法提出在电厂尾部烟道加装烟气脱氯系统，并利用碱性脱氯剂脱除烟气中的HCl。但其工艺只能在尾部烟道对于含氯气体进行脱除，而不能有效避免HCl对高温换热壁的腐蚀，如HCl对水冷壁、过热器以及再热器壁面的腐蚀，无法从根本上解决问题。而且，湿法脱硫系统随着氯离子的富集，脱硫效率会逐渐降低，并且其副产物石膏的品质也会受到影响。另外，为了降低脱硫塔浆液中的氯离子浓度，需要排放大量的含氯废水，废水处理的成本很高。
水洗是一种被广泛应用于飞灰除氯的工艺，可有效脱除垃圾焚烧飞灰中的氯盐。然而，相比飞灰中的氯盐，煤中的氯的赋存形态更为复杂，水洗脱除难度更大。CN108531224A公开了一种高炉煤气脱氯剂、脱氯剂的制备方法及脱氯方法，具体公开了将碳酸钙、粘合剂和水一起捏合，然后挤条，在自然环境下养生过夜，再在较高温度下进行干燥而制成。脱氯剂脱除氯化氢的反应实质是气固酸碱中和反应，氯化氢是强酸性气体，碱金属和碱土金属的氧化物、氢氧化物及其盐类与其具有很强的亲合力，因此，脱氯剂的活性组分主要有碱金属型和碱土金属型。进行脱氯时，在脱氯反应器首先接触气源的下端装填20～25粒5mm左右长度的原颗粒脱氯剂，上面装填20～40目造粒脱氯剂3～5ml。然而，该技术方法同样对燃煤后的烟气脱氯，而不能有效避免HCl对高温换热壁的腐蚀。
因此，现有技术仍需要开发一种简单有效、低成本且污染性低的含氯煤的强化水洗脱氯方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种含氯煤的水洗脱氯方法，其目的在于通过弱酸与有机溶剂的共同作用，增加含氯煤中氯元素的浸出，从而，在入炉前有效的脱除含氯煤中的氯元素，防止锅炉受热面腐蚀。本发明的详细技术方案如下所述。
一种含氯煤的水洗脱氯方法，包括以下步骤：
(1)将酸、洗脱助剂溶于水，得到洗脱液，所述酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005-0.05mol/L，所述洗脱助剂占洗脱液的体积百分比为5％-20％；
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述洗脱液与所述煤粉的质量之比为10-100，得到混合液；
(3)将所述混合液在20-40℃下搅拌3-12小时，分离煤粉，即可完成水洗。
作为优选，所述酸为乙酸、草酸、柠檬酸和碳酸中的一种，所述碳酸为向水中通入饱和二氧化碳而成。
作为优选，所述洗脱液的pH为3.0-4.5。
作为优选，所述酸为乙酸。
作为优选，所述洗脱助剂为乙醇、丙醇中的一种。
作为优选，所述洗脱助剂为乙醇。
作为优选，所述含氯煤中的氯的质量百分比为0.25％以上。本发明中煤及焦中总氯含量的测定方法参照GB/T3558—2014《煤中氯的测定方法》，采用艾氏卡混合剂熔样-离子色谱法测定。
本发明的有益效果有：
(1)本发明使用弱酸与水互溶作为洗脱液，弱酸所提供的H+能够降低洗脱液的pH值，有效脱除煤种的含氯化合物，而且在洗脱液中加入有机溶剂作为助剂能够增强煤与溶剂亲和性，进一步提高洗脱率，二者结合能够显著脱出含氯煤中的氯元素，提高煤的品质。
(2)本发明水洗处理在常温常压下即可进行，条件温和、工艺简单且处理周期短，设定洗脱液与煤粉的质量之比为10-100，洗脱液的pH为3.0-4.5等相配合的工艺参数，对氯的脱出率高达80％以上，取得了非常好的脱氯效果。
(3)本发明可选择弱酸多，且腐蚀性和污染性较强酸弱，洗脱液可循环利用，废水处理成本低。
(4)本发明含氯煤中的氯的质量百分比为0.25％以上，大部分的煤均属于低氯煤或特低氯煤，其氯含量在0.005％-0.20％之间，平均值为0.10％，当煤中氯含量超过0.25％时，在燃烧过程中就会腐蚀设备，并且产生结皮堵塞现象，氯含量的增加会加速金属的腐蚀速度，而本发明能够处理高含氯煤，扩展了水洗脱氯方法的应用范围，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例
实施例1
(1)将通入过量二氧化碳形成的碳酸水溶液作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，所述洗脱液的pH为4.0。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌3小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，酸为乙酸，在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005mol/L，洗脱助剂乙醇，体积分数为5％，具体如下所述。
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为4.2。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌3小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例3
本实施例与实施例2主要不同之处在于，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L。
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为3.1。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌6小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例4
本实施例与实施例2主要不同之处在于，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L。
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为3.1。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:10，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌6小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例5
本实施例与实施例2主要不同之处在于，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L。
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为3.1。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:100，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌6小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例6
本实施例与实施例3主要不同之处在于，乙醇体积分数为10％，具体如下所述。
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L，乙醇的体积百分比为10％，所述洗脱液的pH为3.3。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌3小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例7
本实施例与实施例3主要不同之处在于，水洗时间不同。
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.05mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为3.1。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌6小时，分离煤粉，即可完成水洗。
实施例8
本实施例与实施例2主要不同之处在于，酸为草酸，草酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005mol/L，乙醇体积分数为10％，具体如下所述。
(1)将草酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，草酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005mol/L，乙醇的体积百分比为10％，所述洗脱液的pH为3.0。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌3小时，分离煤粉，即可完成水洗。
对比实施例
对比实施例1
将含氯煤煤粉按1:50比例与去离子水混合，将混合液在40℃下搅拌12小时后，用过滤装置使固液分离，所获固形物经干燥处理得到脱氯煤。
对比实施例2
(1)将乙酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0005mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为3.1。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:5，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌3小时，分离煤粉，即可完成水洗。
对比实施例3
(1)将草酸作为酸、乙醇作为洗脱助剂，溶于水混合后得到洗脱液，乙酸酸在洗脱液中的摩尔浓度为0.0001mol/L，乙醇的体积百分比为5％，所述洗脱液的pH为4.9。
(2)将含氯煤破碎得到煤粉，将所述煤粉与所述洗脱液混合，所述煤粉与所述洗脱液的质量之比为1:50，得到混合液。
(3)将所述混合液在25℃下搅拌3小时，分离煤粉，即可完成水洗。
测试实施例
氯元素脱除率测试。测定方法为：采用硝酸和双氧水作为消解剂将脱氯煤在180℃下进行消解，通过ICP-OES(电感耦合等离子体原子发射光谱分析仪)测定所得浸洗滤液和残留煤消解液中的氯离子含量，然后通过计算可得含氯煤中氯元素得脱出率。
将实施例1-6和对比实施例1-3进行测试，测试结果如表1所示。
表1实施例参数和测试结果表
分析表1的数据可知，通过实施例1-8与对比实施例1可知，本发明的脱除率远远优于水洗法。通过实施例3、4、5与对比实施例2可知，液固质量比优选为10以上。通过实施例2-3与对比实施例3可知，洗脱液中酸的摩尔浓度优选为0.0005-0.05mol/L，pH优选为4.5以下。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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