CN102029141B - 一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂、其制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂、其制备及其应用，其中烟气脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石，其制备方法是凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体，向粉体中加入蒸馏水，搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品，将凹凸棒石样品破碎筛分后装入固定床反应器中，在氮气气氛下热处理后即得硫容为252-2331mg SO2/100g的脱硫剂，将脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在50-200℃，通入常压烟气，空速为4128.3h-1。本发明使用的凹凸棒石为粘土矿物，遇水溶胀，干结易成型，经适当热处理后形状保持不变，且具有较高的机械强度，能够较大幅度的降低磨损消耗。
Description
一、技术领域
本发明涉及环保技术领域中燃煤烟气的二氧化硫处理，特别是一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂、其制备及其应用方法。
二、背景技术
我国是一个产煤和用煤大国，且高硫煤分布较广，预计到2020年，煤炭产量将达到30亿吨。据估算，我国大气中二氧化硫浓度达到国家质量二级标准的环境容量是1200吨，而燃煤排放的SO2连续多年超过2000万吨，导致酸雨和SO2污染日趋严重，其中严重地区酸雨的pH值低至3.24，故对于SO2的排放控制急待解决。
燃煤烟气脱硫技术(FGD)按照脱硫方式和产物的处理形式划分，烟气脱硫一般分为湿法、干法和半干法三类。
湿法烟气脱硫技术是液体或浆状吸收剂在湿状态下脱硫和处理脱硫产物，如石灰/石灰石法、双碱法、氧化镁法和氨法等。该法具有脱硫反应速度快、脱硫效率高等优点，但存在投资和运行维护费用都很高、脱硫后产物处理较难、设备庞大、耗水量大和易造成二次污染等缺点。
半干法烟气脱硫技术是使喷入的石灰浆液与烟气中的SO2反应，生成亚硫酸钙等，并利用烟气显热使最终产物为干粉状，兼有干法和湿法的一些特点，半干法烟气脱硫技术有很多种，目前比较成熟的有喷雾干燥法、炉内喷钙尾部增湿活化法等。
干法烟气脱硫技术是脱硫吸收和产物处理均在干燥状态下进行，如活性炭吸附法、电子束烟气脱硫和金属氧化物脱硫法等。该法具有无污水和废酸排出、设备腐蚀小、烟气在净化过程中无明显温降、净化后烟温高利于烟道排气扩散等优点。干法脱硫大多借助脱硫剂吸附或吸收烟气中的SO2，饱和后的脱硫剂进行再生，再生时释放高浓度的SO2，可进一步加工成硫酸、硫磺和液体SO2。目前，研究较多的干法脱硫剂有氧化铁、CuO/Al2O3和活性炭等。
活性炭(焦)吸附法是一种比较成熟的干法烟气脱硫方法，在国内外已有小规模的应用。它可将烟气中的SO2浓缩后在制成各种产品加以利用，既可以控制SO2的排放又可以回收硫资源。但存在以下问题：
1)活性炭的成型性能差，需要添加其他粘结剂，影响活性炭的结构特征及脱硫性能。
2)机械强度差，循环使用过程中机械磨损引起的损耗较大
3)热稳定性较差，再生过程中热烧失的损失大
4)成本较高，来源于煤质、生物质，本身是能源的消耗。
三、发明内容
本发明是为了避免上述现有技术的不足之处，提供一种成型性好、机械强度高、热稳定性高成本低廉的改性凹凸棒石烟气脱硫剂、其制备及其应用。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂的特点是所述脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石。
本发明一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂的制备方法的特点是按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；所述凹凸棒石与所述蒸馏水的质量体积比为1g∶4-8mL；
c、将所述凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将所述备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在50-800℃下热处理2小时即得硫容为252-2331mg SO2/100g的脱硫剂。
本发明一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂的应用方法的特点是将所述脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在50-200℃，通入常压烟气，空速为4128.3h-1。
空速是指单位时间单位体积催化剂处理的气体量。具体计算方法为空速＝气体的体积流量(m3/h)/催化剂床层的体积(m3)。
本发明针对凹凸棒石粘土特有的结构特征尤其是对气态极性小分子的良好吸附性能，经过适当的活化处理后，其对于烟气中SO2组分的吸附能力和选择性得以大幅度提高，有潜力成为一种全新的工业烟气脱硫剂。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明使用的凹凸棒石为粘土矿物，遇水溶胀，干结易成型，经适当热处理后形状保持不变。
2、本发明使用的凹凸棒石经过挤压成型工艺、适当条件热处理后，具有较高的机械强度，能够较大幅度的降低磨损消耗。
3、本发明使用的凹凸棒石具有相对较高的热稳定性，一般情况下其微观结构在600℃以下不会发生明显的融结突变、孔道塌陷、比表面下降等情况。可采用热再生工艺以循环使用，而在再生过程中不会存在物料损失和脱硫能力下降的情况。
4、本发明使用的凹凸棒石来源广泛、成本低廉。苏皖地区存在大规模的高品位凹凸棒石粘土及其伴生矿床，目前对其开发利用的水平较低、浪费严重，处于低附加值利用状态。作为工业烟气脱硫剂符合节能减排和资源综合利用的政策方针。
四、附图说明
图1是实施例1制备的脱硫剂吸附SO2的穿透曲线。
图2是实施例2制备的脱硫剂吸附SO2的穿透曲线。
图3是实施例3制备的脱硫剂吸附SO2的穿透曲线。
图4是实施例4制备的脱硫剂吸附SO2的穿透曲线。
图5是实施例5制备的脱硫剂吸附SO2的穿透曲线。
五、具体实施方式
实施例1：
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的制备方法按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，高速搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；其中凹凸棒石与蒸馏水的质量体积比为1g∶4mL；
c、将凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将3g备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在氮气气氛下升温至50℃，在50℃下恒温处理2h得脱硫剂。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的应用方法是将脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在50℃，通入常压烟气，模拟烟气组成为1500ppm SO2，氮气为平衡气，气体流量为350mL/min，空速为4128.3h-1。
实验结果见图1，由图1可计算出脱硫剂的饱和硫容为2331mg/100g。
实施例2：
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的制备方法按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，高速搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；其中凹凸棒石与蒸馏水的质量体积比为1g∶8mL；
c、将凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将3g备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在氮气气氛下升温至150℃，在150℃下恒温处理2h得脱硫剂。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的应用方法是将脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在50℃，通入常压烟气，模拟烟气组成为1500ppm SO2，氮气为平衡气，气体流量为350mL/min，空速为4128.3h-1。
实验结果见图2，由图2可计算出脱硫剂的饱和硫容为1082mg/100g。
实施例3：
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的制备方法按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，高速搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；其中凹凸棒石与蒸馏水的质量体积比为1g∶5mL；
c、将凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将3g备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在氮气气氛下升温至400℃，在400℃下恒温处理2h得脱硫剂。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的应用方法是将脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在100℃，通入常压烟气，模拟烟气组成为1500ppm SO2，氮气为平衡气，气体流量为350mL/min，空速为4128.3h-1。
实验结果见图3，由图3可计算出脱硫剂的饱和硫容为901mg/100g。
实施例4：
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的制备方法按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，高速搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；其中凹凸棒石与蒸馏水的质量体积比为1g∶6mL；
c、将凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将3g备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在氮气气氛下升温至600℃，在600℃下恒温处理2h得脱硫剂。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的应用方法是将脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在200℃，通入常压烟气，模拟烟气组成为1500ppm SO2，氮气为平衡气，气体流量为350mL/min，空速为4128.3h-1。
实验结果见图4，由图4可计算出脱硫剂的饱和硫容为371mg/100g。
实施例5：
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的制备方法按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，高速搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；其中凹凸棒石与蒸馏水的质量体积比为1g∶7mL；
c、将凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将3g备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在氮气气氛下升温至800℃，在800℃下恒温处理2h得脱硫剂。
本实施例中改性凹凸棒石烟气脱硫剂的应用方法是将脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在50℃，通入常压烟气，模拟烟气组成为1500ppm SO2，氮气为平衡气，气体流量为350mL/min，空速为4128.3h-1。
实验结果见图5，由图5可计算出脱硫剂的饱和硫容为252mg/100g。
Claims (3)
1.一种改性凹凸棒石烟气脱硫剂，其特征在于所述脱硫剂为通过热处理活化的凹凸棒石；
所述热处理活化过程为：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；所述凹凸棒石与所述蒸馏水的质量体积比为1g∶4-8mL；
c、将所述凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将所述备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在50-800℃下热处理2小时即得硫容为252-2331mg SO2/100g的脱硫剂。
2.一种权利要求1所述烟气脱硫剂的制备方法，其特征是按如下步骤进行：
a、凹凸棒石粘土经对辊挤压、再经干燥粉碎得到粒径为200目粉体；
b、向所述凹凸棒石粉体中加入蒸馏水，搅拌形成悬浮液，再经离心、干燥后得到凹凸棒石样品；所述凹凸棒石与所述蒸馏水的质量体积比为1g∶4-8mL；
c、将所述凹凸棒石样品破碎筛分，选择粒径为20-40目作为备用品；
d、将所述备用品装入固定床反应器中，在通入氮气的气氛下，在50-800℃下热处理2小时即得硫容为252-2331mg SO2/100g的脱硫剂。
3.一种权利要求1所述的烟气脱硫剂的应用方法，其特征在于将所述脱硫剂装入固定床反应器中，反应温度控制在50-200℃，通入常压烟气，空速为4128.3h-1。
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