CN103949213B - 一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，以沼渣制成的活性炭为基础，添加多种复合添加物，其组分及质量百分比为：沼渣活性炭65.0%～80.0%，活化剂4.0%～7.0%，均匀分散剂、成型剂10.0%～15.0%，膨松制孔剂4.0%～8.0%，吸附活性剂2.0％～5.0%；本发明实现了对工农业废弃物再利用、减少环境污染、制备过程简单、绿色环保；同时对吸附焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫具有高脱硫、价格低廉和易再生的特点，且对沼渣的再利用提出了一个附加值更高的出路，并对净化吸附焙烧硫铁矿炉气提出新的方向。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物。
背景技术
液态二氧化硫是无色透明、有刺激性臭味的液体。其气化性强，当空气中二氧化硫浓度达0.04%～0.05%时，吸入人体就会中毒，对呼吸和眼睛有刺激作用。液态二氧化硫用途广泛，是一种重要的化工原料，既可用于生产合成纤维(主要是锦纶)、洗涤剂、橡胶助剂、保险粉(连二亚硫酸钠)、塑料、染料、医药、润滑油和糖精等，又可用作制冷剂、漂白粉、灭火剂和消毒剂等。近年，随着我国现代工业的发展，对液态二氧化硫的需求日益增长，液体二氧化硫的产量逐年增长，市场需求日趋旺盛。
焙烧硫铁矿的炉气或尾气中二氧化硫占7%～12%左右，三氧化硫占0.05％～0.4％，及微量的升华硫、氧气与酸雾等，其余为氮气。二氧化硫常温常压下为无色气体，具有强烈刺激性气味。排放到大气中会被氧化成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气结合生成酸雾，从而腐蚀相关铁金属设备、管道和仪器，缩短其使用寿命。因此，去除或吸附焙烧硫铁矿的炉气或尾气中的二氧化硫，再加以液化得到液态二氧化硫，变害为宝，显得尤为迫切！
目前，国内外工业上从焙烧硫铁矿炉气或尾气中吸附二氧化硫生产液态二氧化硫主要有氨—酸法、柠檬酸钠吸收法、水吸收法、部分冷凝法和威桑曼—洛德法等，这些方法都首先用易吸收二氧化硫的有机胺、水或氨等吸收剂吸收烟气或炉气的二氧化硫，再解吸，得高浓度二氧化硫；然后将高浓度二氧化硫用加压或冷冻法制得液态二氧化硫。这些技术或受到技术可靠性、经济合理性、试剂来源区域性、行业生产特点及环保的要求等限制，目前国内比较成熟且广泛运用的氨—酸法、钙法和钠法，都存在各自的缺陷。如氨—酸法是烟气脱硫方法中较传统的工艺，该法采用液氨或氨水作为吸收剂，吸收效率高、脱硫彻底，但工艺流程复杂、设备投资大、运行费用高，且氨的来源受到地域的限制。钙法是采用石灰水或石灰乳洗涤含二氧化硫的烟气，形成亚硫酸钙沉淀，接着被氧化为硫酸钙。该法技术成熟，生产成本低，但吸收速率慢、吸收能力小、副产品硫酸钙的实际应用价值不大、产出渣量多，导致设备及管路结垢严重，装置运行周期大大缩短。钠法是使用柠檬酸钠、碳酸钠或氢氧化钠等碱性物质吸收含二氧化硫的烟气，生成亚硫酸钠或亚硫酸氢钠溶液。该法具有吸收能力大、吸收速率快、脱硫效率高、设备简单、操作方便且不易结垢等优势，但最大的问题是原料钠碱较贵，生产成本高。无论那一种方法，都不同程度存在以下的共同的问题：①脱硫设备工程投资费用大。②脱硫后的副产物的后续处理艰难。③无法满足环保的要求或环保运行费用高。
因此，开发一种工程投资较低、又不存在脱硫后的副产物的后续处理的环境友好型吸附焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫的技术迫在眉睫。变压吸附技术应用于吸附焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫，正好满足上述需要。目前，利用变压吸附技术从焙烧硫铁矿的混合炉气中提高炉气的二氧化硫和氮气的浓度、并同时获得液态二氧化硫和高浓度氮气鲜见报道。同时，将变压吸附技术应用于吸附焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫的关键之一是高性能绿色环保吸附剂的开发，必须避免产生传统工艺存在的设备投资大、后续副产物处理难和无法满足环保要求的问题，实现对焙烧硫铁矿混合炉气的综合利用和零排放。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有高脱硫率、价格低廉、制备过程简单、易再生、绿色环保、且对沼渣进行再利用的用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，以沼渣制成的活性炭为基础，添加多种复合添加物，其各组分及其质量百分比如下：
| 组分 | 质量百分比含量 |
| 沼渣活性炭 | 65.0%～80.0% |
| 活化剂 | 4.0%～7.0% |
| 均匀分散剂、成型剂 | 10.0%～15.0% |
| 膨松制孔剂 | 4.0%～8.0% |
| 吸附活性剂 | 2.0％～5.0% |
以上各组分的质量百分比总和为100%。
所述沼渣活性炭以沼渣为原料，其制备方法是：以沼气池发酵后的沼渣经清洗、过滤、除杂和螺旋挤压机或三辊挤压机进行挤压脱水，使其含水率为8%～10%；再经质量比为10%-20%、温度为30℃～40℃的氯化锌溶液浸泡35～40小时；经螺旋挤压机或三辊挤压机挤压脱水，烘干或晾干，使其含水率为5%～10%；所得沼渣放在瓷或碳化硅的坩埚中经辐照功率为2000W～3000W的微波辐照炭化，辐照时间为20分钟～30分钟，自然冷却后，再用30℃～40℃去离子水漂洗之后烘25小时，再粉化为200～400目微细粉末，得所述沼渣活性炭。
所述活化剂为污泥炭化料。
所述污泥炭化料以沼气发酵池污泥为原料，其制备方法为：沼气发酵池污泥经筛选沉淀沥干后，加入质量浓度为10%-20%、温度为30℃～40℃的氯化锌溶液浸泡20小时，沥干后烘24h，放在瓷或碳化硅的坩埚中经辐照功率为2000W～3000W的微波辐照炭化，辐照时间为10分钟～20分钟，再用30℃～40℃去离子水漂洗之后烘25小时，粉化成200～400目微细粉末，即得所述污泥炭化料。
所述均匀分散剂、成型剂是硅溶胶。
所述膨松制孔剂是质量比为1﹕5的液态石蜡与碳酸氢铵混合物。
所述吸附活性剂为钠基膨润土。
本发明的优点在于，实现了对工农业废弃物再利用、减少环境污染、制备过程简单、绿色环保；同时对吸附焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫具有高脱硫、价格低廉和易再生的特点，且对沼渣的再利用提出了一个附加值更高的出路，并对净化吸附焙烧硫铁矿炉气提出新的方向。
具体实施方式
实施例1：
将下列组分按质量百分比调和而成：
| 组分 | 含量（质量百分比） |
| 沼渣活性炭 | 80.0% |
| 污泥炭化料 | 4.0% |
| 硅溶胶 | 10.0% |
| 质量百分比1：5的液态石蜡与碳酸氢铵混合物 | 4.0% |
| 钠基膨润土 | 2.0％ |
实施例2：
将下列组分按质量百分比调和而成：
| 组分 | 含量（质量百分比） |
| 沼渣活性炭 | 65.0% |
| 污泥炭化料 | 7.0% |
| 硅溶胶 | 15.0% |
| 质量百分比1：5的液态石蜡与碳酸氢铵混合物 | 8.0% |
| 钠基膨润土 | 5.0% |
实施例3：
将下列组分按质量百分比调和而成：
| 组分 | 含量（质量百分比） |
| 沼渣活性炭 | 73% |
| 污泥炭化料 | 5% |
| 硅溶胶 | 13% |
| 质量百分比1：5的液态石蜡与碳酸氢铵混合物 | 6.0% |
| 钠基膨润土 | 3.0% |
3个实施例主要性能指标
| 每10g吸附剂的二氧化硫吸附容量≥ | 6.3g |
| 吸附剂的平均比表面积 | ≥3900m2 |
| 平均孔隙容积 | ≤0.65ml/g |
| 平均孔隙半径孔径为4.5×l0-10～2.0×10-9m | 35A |
| 平均每粒吸附剂颗粒的承压强度≥ | 4.1kg |
| 平均脱硫效率 | ≥98.5% |
Claims (5)
1.一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，其特征在于，以沼渣制成的活性炭为基础，添加多种复合添加物，其各组分及其质量百分比如下：
沼渣活性炭65.0%～80.0%，
活化剂4.0%～7.0%，
均匀分散剂、成型剂10.0%~15.0%，
膨松制孔剂4.0%~8.0%，
吸附活性剂2.0％～5.0%，
以上各组分的质量百分比总和为100%；
所述活化剂为沼气池污泥炭化料；
所述吸附活性剂为钠基膨润土。
2.根据权利要求1所述的一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，其特征在于，所述沼渣活性炭以沼渣为原料，其制备方法是：以沼气池发酵后的沼渣经清洗、过滤、除杂和螺旋挤压机或三辊挤压机进行挤压脱水，使其含水率为8%～10%；再经质量比为10%-20%、温度为30℃～40℃的氯化锌溶液浸泡35～40小时；经螺旋挤压机或三辊挤压机挤压脱水，烘干或晾干，使其含水率为5%～10%；所得沼渣放在瓷或碳化硅的坩埚中经辐照功率为2000W～3000W的微波辐照炭化，辐照时间为20分钟～30分钟，自然冷却后，再用30℃～40℃去离子水漂洗之后烘25小时，再粉化为200～400目微细粉末，得所述沼渣活性炭。
3.根据权利要求1所述的一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，其特征在于，所述沼气池污泥炭化料以沼气发酵池污泥为原料，其制备方法为：沼气发酵池污泥经筛选沉淀沥干后，加入质量浓度为10%-20%、温度为30℃～40℃的氯化锌溶液浸泡20小时，沥干后烘24h，放在瓷或碳化硅的坩埚中经辐照功率为2000W～3000W的微波辐照炭化，辐照时间为10分钟～20分钟，再用30℃～40℃去离子水漂洗之后烘25小时，粉化成200～400目微细粉末，即得所述沼气池污泥炭化料。
4.根据权利要求1所述的一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，其特征在于，所述均匀分散剂、成型剂是硅溶胶。
5.根据权利要求1所述的一种用于回收焙烧硫铁矿炉气中二氧化硫和氮气的活性炭基吸附剂组合物，其特征在于，所述膨松制孔剂是质量比为1﹕5的液态石蜡与碳酸氢铵混合物。
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