基本信息
- 项目名称：
- 新型天然固硫剂--禽类蛋壳脱硫特性研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用以废治废的思想，采用廉价易得的生活废弃物——鸡蛋壳作为固硫剂展开研究。在一高温管式炉，以煤粉为原料，以鸡蛋壳和调质鸡蛋壳为固硫剂，在自行设计的燃烧舟上进行实验研究，并与贝壳粉作对比实验，研究温度、流量、钙硫比等实验条件对脱硫效率的影响，并利用SEM电镜观察鸡蛋壳形貌，阐明鸡蛋壳的脱硫机制。废弃的蛋壳极其廉价，这大大的降低了脱硫成本，且其脱硫效果十分理想，为治理二氧化硫的污染开辟了新思路。
- 详细介绍：
- 煤是我国的基本能源，电力工业中也以燃煤火电机组为主，煤的高效低污染燃烧是能源科学技术与环境科学技术研究中的交叉热点。煤的直接燃烧产生大量的SO2，是大气环境的主要污染源之一。治理SO2 的主要方法有三种：煤的预处理脱硫、燃烧过程脱硫和烟气脱硫。煤的预处理过程在脱除煤中所含硫分方面效率较低, 难以满足环保要求。烟气脱硫技术发展与应用已较为成熟, 但其昂贵的设备投资和运行费用极大地限制了它的广泛应用。而燃烧脱硫技术则具有设备操作简单, 占用空间小, 投资少等优势, 适合于对现行锅炉进行改进，但它在高温条件下的脱硫效果较差。我国目前中小型燃煤工业锅炉众多，短期内不可能进行改型, 如能从技术上提高现有燃烧中固硫剂的利用率, 不失为一条简便、经济、适合我国国情的好方法。 据统计我国是世界上养禽最多的国家, 产蛋量已连续20年雄居世界之首。2003年我国禽蛋产量为2560.7万吨，按蛋壳占蛋重的12%计算，中国年产300多万吨蛋壳，这些蛋壳被作为废弃物直接丢弃，不仅对环境造成污染，也是资源的浪费。若将蛋壳收集起来,进行综合利用，既增加了经济效益, 又减少了环境的负担，这项工作很值得重视。 迄今为止，未见蛋壳用于燃烧过程脱硫的研究报导。本文利用以废治废的思想，采用廉价易得的生活废弃物——鸡蛋壳作为固硫剂展开研究。在一高温管式炉，以煤粉为原料，以鸡蛋壳和调质鸡蛋壳为固硫剂，在自行设计的燃烧舟上进行实验研究。以NaOH、NaCl、无水乙醇和Na2CO3等对蛋壳粉进行调质，研究调质后蛋壳粉固硫剂在燃烧过程的脱硫效率，结果表明：在900℃-1150℃的温度下， NaOH调质蛋壳固硫剂是最好的固硫剂，它的脱硫率达到88.1%，高于NaCl、无水乙醇、Na2CO3调质固硫剂，也比其它一般的固硫剂高。确定了NaOH调质蛋壳粉的最佳固硫条件，如下：最佳固硫温度为1000℃，最佳钙硫比为2：1。进一步分析表明：蛋壳在热碱中调质可除去蛋壳中的生物膜，NaOH在调质过程中已经渗透到蛋壳的主要成分CaCO3的晶格中去了，对CaCO3晶格产生了很大影响。因为NaOH不但可以和CO2反应促进CaCO3的分解产生CaO，还能直接与SO2反应起到固硫作用。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 针对目前二氧化硫污染严重，且湿法脱硫设备昂贵、干法脱硫效率低等现状，利用“以废治废”的思想开发出一种新型天然固硫剂--禽类蛋壳。
科学性、先进性及独特之处
- 禽类蛋壳作为一种产生量巨大的生活废弃物，含有丰富的碳酸钙成份, 目前对蛋壳这类含碳酸钙成份的天然固硫剂还沒有作出研究，基于此, 本研究在一高温管式炉内进行煤燃烧实验研究，利用烟气分析仪进行尾气的精确测量，用不同的调质剂对蛋壳进行调质，试验研究禽类蛋壳的脱硫效果。结果表明，用热NaOH调质鸡蛋壳，在1000℃条件下，其脱硫率达88.1%，远远优于一般的钙基固硫剂。
应用价值和现实意义
- 昂贵的湿法脱硫装置使一些小型电厂无力承担，干法脱硫往往达不到理想的效果。本研究主要是针对小型电厂而言，废弃的蛋壳极其廉价，这大大的降低了脱硫成本，且经过课题组的研究证实，其脱硫效果十分理想，为治理二氧化硫的污染开辟了新思路。
学术论文摘要
- 用NaOH、乙醇、Na2CO3和NaCl等对鸡蛋壳进行了调质，研究调质鸡蛋壳的脱硫效果，结果表明最佳的蛋壳调质剂为NaOH，经NaOH调质后蛋壳粉的最佳固硫温度为1000℃，最佳钙硫比为2：1。实验比较了同一条件下NaOH调质蛋壳固硫剂、蛤壳和蚝壳等天然固硫剂在1000℃下的脱硫效果，结果表明NaOH调质蛋壳的脱硫率最高，达到88.1%。SEM实验结果表明，氢氧化钠不但可以除去蛋壳的生物膜还能改善蛋壳表面的微观结构，有效地提高了蛋壳的脱硫率。
获奖情况
- 广东省第十届“挑战杯”大学生课外科技学术作品竞赛一等奖。2009.5 学校第三届“挑战杯”大学生课外科技学术作品竞赛特等奖。 2009.3 《某大学学报》，“调质鸡蛋壳的脱硫性能研究”，已接收，待发表。
鉴定结果
参考文献
- [1] 宾冬梅.马美湖.易诚.蛋壳资源综合利用现状与对策. 食品研究与开发. 2006,27(8):212 [2] 空气中二氧化硫的污染危害及其防治对策.河南农业. 2006，（4）：16 [3] 傅康,周俊虎,黄镇宇.燃煤脱硫技术的研究进展. 锅炉技术.2003,34(4):72-76 [4] 邓新云,肖怀秋,禹练英.我国燃煤烟气脱硫技术研究进展.广州化工.2008,36(1): 24-27 [5] Cheng, Jun; Zhou, Junhu; Liu, Jianzhong; Zhou, Zhijun et al.Sulfur removal at high temperature during coal combustion in furnaces: A review. Progress in Energy and Combustion Science, 2003,29:381-405 [6] Yan R Y. Thermodynamic study of the behavior of minor elements and their affinities to sulfur during coal combustion[J ]. Fuel,1999, (78 ) : 1817 - 1829
同类课题研究水平概述
- 国内外尚无任何关于用禽类蛋壳作为燃煤脱硫的固硫剂的相关研究。 1．钙基固硫剂 CaCO3、CaO、Ca(OH)2 是三种最有代表性的钙基固硫剂, Ca(OH)2的固硫效果最好 , 其次是CaO和CaCO3。这和其发生固硫反应的温度和颗粒结构有关。Ca(OH)2固硫反应开始的温度低 , 在500℃即可发生分解反应生成 CaO, 固硫反应和煤大部分硫析出的温度区间相吻合 , 因此固硫效果好。而 CaCO3分解生成 CaO所需的温度高 , 即 900℃才发生煅烧反应 , 它不能在低温阶段进行有效的固硫。从固硫颗粒结构上分析 , Ca(OH)2分解释放出H2O, 其生成的CaO颗粒的空隙多 , 比表面积大 , 和SO2反应速率高 , 所以Ca(OH)2固硫效果好于 CaO, 其最佳固硫温度是800℃ ～1000℃。CaO 的最佳固硫温度为800℃左右 , 固硫率可达 82%, 但随着燃烧温度的升高而逐渐下降。这主要是因为反应一段时间后 , CaO颗粒表面孔隙很快被堵塞 , 从而阻止了SO2向其内部的扩散 , 使固硫率下降。另外 , 当温度高于 1200℃后 , CaSO4 发生高温分解。 2．贝壳固硫剂 贝壳的主要成分为 CaCO3，因此贝壳也可用作固硫剂。贝壳和石灰石一样，脱硫率都是随着 SO2浓度的升高而增大，但是贝壳增大的幅度更大，其最佳脱硫温度比石灰石高100 ℃左右。试验发现，经 30h的硫化反应后 ,贝壳的硫化率可达 70%左右，而相同条件下石灰石的硫化只有 38%。这是由于贝壳颗粒在固硫前后均有较大的气孔，而石灰石的内部气孔分布小而密所致。由于贝壳内分布气孔尺寸大，硫化反应在整个体积内进行，从而提高了钙利用率，是一种较好的天然固硫剂。但是由于贝壳质地坚硬，需要耗费大量动力能源来将其破碎方可实现较好的固硫效果。 3．纳米固硫剂 对纳米 CaCO3作为固硫剂进行的基础研究表明，纳米CaCO3有较好的利于固硫反应的微观物理特性和固硫特性，在1150℃具有较好的固硫效果, 并认为 ，纳米CaCO3 用作喷钙吸收剂已具备一定的实用意义，但是其成本问题将制约其工业应用。
