CN102284244A - 一种粉煤灰脱硫剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种粉煤灰脱硫剂的制备方法，包括质量比为1∶10-1∶25的粉煤灰与蒸馏水的混合而成的反应液，用饱和Ca(OH)2溶液调节反应液的pH值至10-12，然后将反应液进行搅拌、加热，待反应液连续反应1-3h后加入复合激发剂，将反应液的pH值调至12-14，继续反应5-10h，最后取出反应液冷却、过滤、干燥至恒重得到产品即粉煤灰脱硫剂。本发明制得的粉煤灰脱硫剂具有空间网状结构，表面孔洞较多，从而增大了脱硫剂的比表面积，增大了烟气与脱硫剂的接触机率，大幅度提高了烟气脱硫效果和效率。

Description

一种粉煤灰脱硫剂的制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种烟气脱硫剂的制备方法，尤其涉及一种煤灰脱硫剂的制备方法。
【背景技术】
我国是一个以煤炭作为主要能源的国家，燃煤所产生的SO2是我国大气污染中的主要气态污染物，我国对SO2的污染控制主要集中在以Ca的化合物为脱硫剂的烟气脱硫。在各种烟气脱硫工艺中，脱硫剂的利用率都是影响脱硫系统可操作性的重要指标。SO2与脱硫剂的反应过程主要为气固界面反应及气液固界面反应，脱硫反应的影响因素之一为气相在固相或液相表面的扩散以及气相与固相或液相的表面接触机率。
目前工业上常用的脱硫剂为Ca(OH)2，Ca(OH)2脱硫的原理如下：
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O
2CaSO3+O2→2CaSO4
因Ca(OH)2的比表面积较小，脱硫反应主要集中在表面进行，生成的产物CaSO4易覆盖在反应物表面，从而抑制了脱硫反应的进一步进行，这也是目前烟气脱硫工艺脱硫效率不高的原因。
粉煤灰的主要成分为SiO2和Al2O3，其在有Ca(OH)2存在的条件下，粉煤灰中的SiO2和Al2O3可以与Ca(OH)2发生火山灰反应，生成以水化硅酸钙、水化硅铝酸钙为主的一系列水化产物：
Ca(OH)2+SiO2+H2O→(CaO)x(SiO2)y(H2O)z
Ca(OH)2+Al2O3+H2O→(CaO)x(Al2O3)y(H2O)z
这些水化产物为大纤维状凝胶体，相互交叉构成空间网状结构，不仅可以增大气固反应的动力，且可与SO2发生化学反应：
(CaO)x(SiO2)y(H2O)z+SO2→(CaO)x(SiO2)y(CaSO3)z(H2O)w。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于提供一种煤灰脱硫剂的制备方法，不仅生产成本低、简单易行，而且制得的煤灰脱硫剂脱硫效果极好。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种粉煤灰脱硫剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将粉煤灰与蒸馏水按1∶10-1∶25的质量配比进行混合以构成反应液，接着加入饱和Ca(OH)2溶液将反应液的pH值调至10-12；
步骤2：将经过步骤1处理所得的反应液置于恒温搅拌器中进行搅拌加热，其中搅拌速率为：400-600r/min，加热温度为：40-80℃，当反应液的温度达到设定的加热温度时开始计时，连续反应1-3h；
步骤3：在经过步骤2处理所得的反应液中加入复合激发剂，直至将反应液的pH值调节至12-14后继续反应5-10h；
步骤4：将经过步骤3处理所得的反应液取出进行冷却过滤，接着将过滤所得物置于105-120℃条件下恒温干燥至恒重。
进一步地，所述步骤3中的复合激发剂为Na2SiO3·9H2O的水溶液。
进一步地，所述步骤3中的复合激发剂为Na2SiO3·9H2O和NaOH混合物的水溶液，其中Na2SiO3·9H2O和NaOH的物质的量比为5∶1。
进一步地，所述步骤2中的恒温搅拌器为集热式恒温磁力搅拌器。
本发明的优点在于：本发明采用循环流化床高钙粉煤灰作原料，不仅生产成本低，以废治废节约资源，简单易行，且制得的粉煤灰脱硫剂具有空间网状结构，表面孔洞较多，从而增大了粉煤灰脱硫剂的比表面积，增大了烟气与脱硫剂的接触机率，在一定程度上解决了CaSO4在脱硫过程中对脱硫剂表面的覆盖而阻碍脱硫反应进一步进行的问题，大幅度地提高了烟气脱硫效果和效率。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明中的粉煤灰脱硫剂的脱硫模拟装置示意图。
【具体实施方式】
本发明利用粉煤灰的火山灰反应的产物的特性，将其应用于烟气脱硫，制备出一种新型的脱硫剂，具体实施方式如下：
实施例一
步骤1：称取质量比为1∶10的粉煤灰与蒸馏水混合均匀以构成反应液，接着加入饱和Ca(OH)2溶液将反应液的pH值调至10，其中粉煤灰为循环流化床高钙粉煤灰。
步骤2：将经过步骤1处理所得的反应液置于集热式恒温磁力搅拌器中进行搅拌、加热，其中恒温磁力搅拌器设定的温度为：40℃，搅拌速率为：400r/min，当反应液的温度达到40℃时开始计时，连续反应1h。
步骤3：在经过步骤2处理所得的反应液中加入复合激发剂，直至将反应液的pH值调节至14后继续反应5h，其中复合激发剂为Na2SiO3·9H2O的水溶液。
步骤4：将经过步骤3处理所得的反应液取出进行冷却过滤，接着将过滤所得物置于105℃条件下恒温干燥至恒重，所得产品即为粉煤灰脱硫剂。
实施例二
步骤1：称取质量比为1∶25的粉煤灰与蒸馏水混合均匀以构成反应液，接着加入饱和Ca(OH)2溶液将反应液的pH值调至12。
步骤2：将经过步骤1处理所得的反应液置于集热式恒温磁力搅拌器中进行搅拌、加热，其中恒温磁力搅拌器设定的温度为：80℃，搅拌速率为：600r/min，当反应液的温度达到80℃时开始计时，连续反应3h。
步骤3：在经过步骤2处理所得的反应液中加入复合激发剂，直至将反应液的pH值调节至12后继续反应10h，其中复合激发剂组分为Na2SiO3·9H2O和NaOH混合物的水溶液，且Na2SiO3·9H2O和NaOH的物质的量比为5∶1。
步骤4：将经过步骤3处理所得的反应液取出进行冷却过滤，接着将过滤所得物置于120℃条件下恒温干燥至恒重，所得产品即为粉煤灰脱硫剂。
实施例三
步骤1：称取质量比为1：17的粉煤灰与蒸馏水混合均匀以构成反应液，接着加入饱和Ca(OH)2溶液将反应液的pH值调至11。
步骤2：将经过步骤1处理所得的反应液置于集热式恒温磁力搅拌器中进行搅拌、加热，其中恒温磁力搅拌器设定的温度为：60℃，搅拌速率为：500r/min，当反应液的温度达到60℃时开始计时，连续反应2h。
步骤3：在经过步骤2处理所得的反应液中加入复合激发剂，直至将反应液的pH值调节至13后继续反应7.5h，其中复合激发剂的组分为Na2SiO3·9H2O的水溶液。
步骤4：将经过步骤3处理所得的反应液取出进行冷却过滤，接着将过滤所得物置于115℃条件下恒温干燥至恒重，所得产品即为粉煤灰脱硫剂。
以上实施例制得的粉煤灰脱硫剂的性能均采用下述方法测定：
经SEM扫描后证明，本发明制得的粉煤灰脱硫剂呈空间网状结构明显，表面孔洞较多，此外，经测定粉煤灰脱硫剂的比表面积为100-130m2/g，比Ca(OH)2脱硫剂的比表面积15-30m2/g近3-9倍。
因为本发明制得的粉煤灰脱硫剂的比表面积较大，并且呈空间网状结构，SO2与脱硫剂的接触面增大，脱硫反应不仅仅集中在表面进行，且粉煤灰脱硫剂与SO2反应的产物主要为水化硅酸钙或水化铝酸钙：
Ca(OH)2+SiO2+H2O→(CaO)x(SiO2)y(H2O)z
Ca(OH)2+Al2O3+H2O→(CaO)x(Al2O3)y(H2O)z
(CaO)x(SiO2)y(H2O)z+SO2→(CaO)x(SiO2)y(CaSO3)z(H2O)w
而CaSO4只是副反应产物，含量微乎其微，所以本发明制得的粉煤灰脱硫剂在一定程度上解决CaSO4在脱硫过程中对脱硫剂表面的覆盖而导致的阻碍脱硫反应进一步进行的问题。
在固定床吸附实验中，脱硫剂的脱硫性能常用脱硫穿透时间和对SO2的吸附量来表征，因而本发明亦采用脱硫穿透时间和对SO2的吸附量对粉煤灰脱硫剂的脱硫性能进行表征，方法如下：
请参阅图1，SO2气罐1通过导管001、N2气罐2通过导管002、装有蒸馏水的烧瓶3通过导管003分别与气体缓冲瓶4的输入端连接；置于电加热套5中的恒温管6的输入端通过导管004、装有SO2吸收液的多孔玻板吸收瓶7通过导管005分别与气体缓冲瓶4的输出端连接，恒温管6的输出端与装有石英砂和粉煤灰脱硫剂的U型管反应器8的输入端相连，U型管反应器8的输出端与多孔玻板吸收瓶9连接，所述U型管反应器8的输入端上还插有一温度计10，以测定模似烟气的进气温度。装有蒸馏水的烧瓶3置于电炉11上，使蒸馏水加热产生水蒸汽上，导管003上安装有减压阀12以控制水蒸汽的流速。所述导管001和导管002上均安装有减压阀13与转子流量计14，分别用于控制导管001中的SO2流量和导管002中的N2流量。所述导管004上邻近气体缓冲瓶4输出端处设有一转子流量计15和一开关16，用于控制混合气体的流量。此外，导管005上也安装有一开关17。
模拟烟气由一定配比的SO2和N2混合而成，并通过水蒸汽增温。本装置工作时，先关闭开关16，开启开关17，此时模拟烟气中的SO2被多孔玻板吸收瓶7中的吸收液吸收；待导管001中的SO2流量和导管002中的N2流量稳定后，开启开关16，关闭开关17；水蒸汽、一定配比的SO2和N2在气体缓冲瓶7中混合成为模拟烟气，接着通过转子流量计15控制模拟烟气流量后进入恒温管6升温，然后进入U型管反应器8中，由温度计10测定模似烟气的测定温度后与粉煤灰脱硫剂反应；最后未反应的SO2进入尾部的多孔玻板吸收瓶被吸收液吸收，并通过碘量法测定未反应的SO2的量，通过计算得出粉煤灰脱硫剂的脱硫穿孔时间和对SO2的吸附量。
当粉煤灰脱硫剂的用量为2g，模拟烟气的流量为0.1m3/h，模拟烟气中SO2的初始浓度为2000mg/m3，进气温度为60℃时，粉煤灰脱硫剂的脱硫穿透时间为15-20min，远高于同条件下Ca(OH)2脱硫剂的脱硫穿透时间3-5min。此外，粉煤灰脱硫剂对SO2的吸附量为25-32mg/g，同样远高于Ca(OH)2脱硫剂对SO2的吸附量的8-11mg/g。由此可见本发明制得的粉煤灰脱硫剂的脱硫性能优于目前工业常用脱硫剂Ca(OH)2。
综上所述，本发明采用循环流化床高钙粉煤灰作原料生产的粉煤灰脱硫剂具有空间网状结构，表面孔洞较多的优点，从而增大了粉煤灰脱硫剂的比表面积，增大了烟气与脱硫剂的接触机率，在一定程度上解决了CaSO4在脱硫过程中对脱硫剂表面的覆盖而阻碍脱硫反应进一步进行的问题，大幅度地提高了烟气脱硫效果和效率。本发明生产成本较低，以废治废节约资源，简单易行。

Claims (4)

1.一种粉煤灰脱硫剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将粉煤灰与蒸馏水按1∶10-1∶25的质量配比进行混合以构成反应液，接着加入饱和Ca(OH)2溶液将反应液的pH值调至10-12；
步骤2：将经过步骤1处理所得的反应液置于恒温搅拌器中进行搅拌加热，其中搅拌速率为：400-600r/min，加热温度为：40-80℃，当反应液的温度达到设定的加热温度时开始计时，连续反应1-3h；
步骤3：在经过步骤2处理所得的反应液中加入复合激发剂，直至将反应液的pH值调节至12-14后继续反应5-10h；
步骤4：将经过步骤3处理所得的反应液取出进行冷却过滤，接着将过滤所得物置于105-120℃条件下恒温干燥至恒重。
2.如权利要求1所述的一种粉煤灰脱硫剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的复合激发剂为Na2SiO3·9H2O的水溶液。
3.如权利要求1所述的一种粉煤灰脱硫剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的复合激发剂为Na2SiO3·9H2O和NaOH混合物的水溶液，其中Na2SiO3·9H2O和NaOH的物质的量比为5∶1。
4.如权利要求1所述的一种粉煤灰脱硫剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的恒温搅拌器为集热式恒温磁力搅拌器。
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