CN105771576B - 一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺 - Google Patents

一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性活性炭脱除二噁英的工艺,通过脱酸、干燥、除尘等工艺去除废气中容易降低改性活性炭活性的杂质,并通过经改性处理后的活性炭吸附废气中的二噁英,最后通过再次除尘去除经处理后废气中的固体颗粒物,保证经处理后排放的气体不会对环境造成污染。本发明工艺步骤简单,可操作性强,便于工业化的处理含二噁英的废气,二噁英的脱除率达95%及以上,二噁英浓度<0.1ngTEQ/Nm3,对废气中的固体颗粒物也有很好的去除效果。

Description

一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及工业废气处理领域,尤其是涉及一种利用改性活性炭脱除二噁英的工 艺。
背景技术
[0002] 二噁英(Dioxin),又称二氧杂芑,是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质,二噁 英实际上是二噁英类(Dioxins) —个简称,它指的并不是一种单一物质,而是结构和性质都 很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物。二噁英类包括210种化合物,这类 物质非常稳定,熔点较高,极难溶于水,可以溶于大部分有机溶剂,是无色无味的脂溶性物 质,所以非常容易在生物体内积累,对人体危害严重。其中以2,3,7,8_四氯二苯并对-二噁 英(TCDD)毒性最强。大气环境中的二噁英来源复杂,钢铁冶炼,有色金属冶炼,汽车尾气,焚 烧生产(包括医药废水焚烧,化工厂的废物焚烧,生活垃圾焚烧,燃煤电厂等)。含铅汽油、 煤、防腐处理过的木材以及石油产品、各种废弃物特别是医疗废弃物在燃烧温度低于300-400°C时容易产生二噁英。聚氯乙烯塑料、纸张、氯气以及某些农药的生产环节、钢铁冶炼、 催化剂高温氯气活化等过程都可向环境中释放二噁英。二噁英系一类剧毒物质,其毒性相 当于人们熟知的剧毒物质氰化物的130倍。从职业暴露和工业事故受害者身上已得到一些 二噁英对人体的毒性数据及临床表现,暴露在含有二噁英的环境中,可引起皮肤痊疮、头 痛、失聪、忧郁、失眠等症,并可能导致染色体损伤、心力衰竭、癌症等。有研究结果指出,二 噁英还可能导致胎儿生长不良、男子精子数明显减少等,它侵人人体的途径包括饮食、空气 吸入和皮肤接触。
[0003] 中国专利授权公告号:CN1246597,公告日2000年3月8日,公布了一种垃圾焚烧废 气中的二恶英处理的方法,该方法通过向废气中喷入活性炭粉末吸附废气中的二噁英,然 后再将吸附二噁英的活性炭粉末送入燃烧室燃烧,这种方法将活性炭喷入废气中虽然有利 于提高吸附的效果,但是也为之后气体与吸附二噁英的活性炭的额分离增加了难度,存在 活性炭分离不彻底的问题,会造成含二噁英的粉尘进入空进而污染环境的危害;而且将活 性炭焚烧的处理方法,会造成活性炭的浪费;而且目前市场上出售的活性炭对二噁英的吸 附性能较差,无法完全将废气中的二噁英处理。
发明内容
[0004] 为解决上述问题,本发明提供了一种实现高效利用改性活性炭脱除废气中二噁英 的工艺。
[0005] —种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,包括以下步骤:
[0006] a)脱酸:将废气通过8〜13%的氨水;
[0007] b)干燥:将经过步骤a处理的废气通过干燥柱,使废气的湿度控制在15%以下;
[0008] c)除尘:将经过步骤b干燥的废气通过除尘器,其中除尘器滤网的孔径小于35wn; [0009] d)活性炭吸附:将经过除尘处理的废气通过装有改性活性炭的吸附塔,吸附塔内 的温度控制在120〜180°C,控制废气的流速为步骤c中流速的1/4〜1/2;
[0010] e)二次除尘:将经过活性炭吸附的废气通过除尘滤网除尘,并且控制废气的流速 为步骤c中流速的2〜4倍;
[0011] f)排放。
[0012]常见含二噁英的工业废气,如垃圾焚烧废气、矿冶废气中常有含硫氮的酸性成分, 这些酸性成分如与活性炭接触会降低活性炭的吸附活性,降低活性炭脱除二噁英的效果, 所以需要事先将废气经过具有碱性的氨水,吸收其中的酸性物质,并且吸收废气中酸性物 质的氨水经过除杂等工艺可以制成含氮化肥,从而可以提高本工艺的附加值;经过氨水后 的废气中,往往会带出其中的水分,而水分与之后的活性炭接触也会降低活性炭的活性,因 此需要让废气经过干燥柱除去其中的水分;工业废气中也会含有较多的固体颗粒物,及时 经过氨水等洗脱,但是其中还是含有大量固体颗粒物,另外在通过干燥柱时也会带出极少 量的颗粒物,废气中大量的颗粒物会堵塞活性炭表面用于吸附二噁英的孔道,降低甚至使 活性炭失活,滤网选用孔径35wn以下,可以除去大多数的固体颗粒物;同样,经过活性炭吸 附二噁英后的废气也会带出其中活性炭颗粒,如若这些颗粒进入空气,会对环境造成污染, 特别是活性炭改性后负载在其中的某些催化剂,会造成环境问题,因此需要将其利用滤网 将其除去;控制活性炭吸附步骤中废气的流速,可以使废气与活性炭有更长的接触时间,使 其反应更充分,而活性炭吸附后的除尘过程适当提高废气通过速度,可以适当加快废气的 处理速率。
[0013]作为优选,步骤d中的改性活性炭通过以下步骤制得:
[0014] (1)将活性炭置于热去离子水中洗至中性后,干燥,待用;
[0015] (2)将步骤(1)中的活性炭加入氯磺酸中,加热至80〜10(TC溶胀1〜3h,冷却,过 滤,将过滤物用去离子水洗至pH呈中性,真空干燥,得溶胀活性炭;
[0016] (3)将溶胀活性炭加热至850〜900°C后,通入水蒸气进行扩孔,冷却后经酸洗、水 洗、干燥,得扩孔活性炭;
[0017] (4)将扩孔活性炭加入真空容器中抽真空,待真空度达到85%〜95%后,吸入活性 溶也,待活性溶也没过活性炭后再次抽真空。在真空环境下浸渍30〜60min后,取出活性炭, 过滤,将过滤物置干燥通风的室内风干;
[0018] (5)将浸渍活性溶液后的活性炭加热至200〜300°C,在此温度下焙烧2〜3h后,得改 性活性炭。
[0019] 本发明对活性炭进行了溶胀,通过溶胀可使活性炭中的非晶碳物质暴露出来,有 利于后续步骤将这些非晶碳物质充分去除,同时使活性炭表面带有更多的酸性基团,以增 强活性炭吸附能力;通过水蒸气使滞留于活性炭孔中的无规则炭被选择性消耗,使微晶之 间闭塞了的微孔被打开,从而使活性炭的比表面积增大,大大提高吸附性能;抽真空可以脱 除活性炭孔道内部吸附的气体和水份,有利于需要浸渍的金属离子进入孔道内部,采用真 空浸渍最后活性炭其金属离子分布较均匀而且容易进入孔道内部;在经过焙烧后,活性溶 液中的硝酸盐分解成氧化物,能对被活性炭吸附的二噁英在较低温度下(200°C下)进行催 化分解,且分解效率高,不仅有利于降低能耗,还能大大提高改性活性炭的再生性能。
[0020] 作为优选,活性溶液具体制备过程如下,按锰:铈摩尔比为2:1〜1.2的比例称取硝 酸锰与硝酸铈后,加入为硝酸锰与硝酸铈总质量10〜20倍的去离子水。
[0021]作为优选,步骤b中的干燥柱为植物纤维袋填充坡缕石和氯化钙混合干燥剂制得, 其中坡缕石含量为60〜70wt%,余量为氯化钙。
[0022]坡缕石是一种具有多孔结构的天然矿物,具有较强的吸附性能,氯化钙为一种常 用的除湿干燥剂,单独的氯化钙作为干燥剂在吸收较多水分后会软化甚至溶解,难以清理 与回收利用,将氯化钙与坡缕石混合后,既可以协同增强干燥作用,还可以防止氯化钙因吸 水过度而融化,同时吸收水分后的坡缕石与氯化钙金加热后还可以重复利用;植物纤维也 具有除湿干燥的作用,而且植物纤维为可降解材料,即使最后遗弃不用,对环境也不会产生 较大的危害。
[0023] 作为优选,干燥柱中干燥剂的粒径为75〜150wn。
[0024]作为优选,步骤e中的除尘滤网为两层,第一层滤网孔径为20〜35wn,第二层滤网 孔径为10〜2〇ym。
[0025]因为脱除二噁英后气体流速增大,为了加快气体的通过防止滤网被堵塞,采用双 滤网的设置,第一层滤网过滤掉较多且较大的颗粒,则第二层过滤的颗粒较小,且量少,不 易造成滤网堵塞。
[0026]因此,本发明具有以下有益效果:
[0027] (1)可以有效处理废气中的二噁英;
[0028] (2)可以高效的脱除废气中的二噁英;
[0029] (3)经本工艺处理后的废气不含二噁英、含硫氮酸性气体等有害物质,固体颗粒物 含量较少。
具体实施方式
[0030] 下面结合实施例对本发明的技术方案作具体说明。
[0031] 实施例1
[0032] 一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,包括以下步骤:
[0033] a)脱酸:将废气通过8%的氨水;
[0034] b)干燥:将经过步骤a处理的废气通过干燥柱,使废气的湿度控制在15%;其中,干 燥柱为植物纤维袋填充坡缕石和氯化钙混合干燥剂制得,其中坡缕石质量分数为60%,氯化 钙质量分数40%;
[0035] c)除尘:将经过步骤b干燥的废气通过除尘器,其中除尘器滤网的孔径为35wn; [OO36] d)活性炭吸附:将经过除尘处理的废气通过装有改性活性炭的吸附塔,吸附塔内 的温度控制在120,控制废气的流速为步骤c中流速的1 /4;
[0037] e)二次除尘:将经过活性炭吸附的废气通过除尘滤网除尘,并且控制废气的流速 为步骤c中流速的2倍;
[0038] f)排放。
[0039] 其中,改性活性炭通过以下步骤制得:
[0040] (1)将活性炭置于热去离子水中洗至中性后,干燥,待用;
[0041] (2)将步骤(1)中的活性炭加入氯磺酸中,加热至80°C溶胀lh,冷却,过滤,将过滤 物用去离子水洗至pH呈中性,真空干燥,得溶胀活性炭;
[0042] (3)将溶胀活性炭加热至85(TC后,通入水蒸气进行扩孔,冷却后经酸洗、水洗、干 燥,得扩孔活性炭;
[0043] (4)将扩孔活性炭加入密闭容器中抽真空,待真空度达到85%后,吸入活性溶液, 再次抽真空,真空浸渍30min后,过滤,将过滤物置室内风干;扩孔活性炭与活性溶液的质量 比为1:1.5;
[0044] (5)将千燥后的活性炭置200°C焙烧2h,得改性活性炭;
[0045]步骤⑷中活性溶液通过以下步骤制得:
[0046]按锰:铈摩尔比为2:1的比例称取硝酸锰与硝酸铈后,加入为硝酸锰与硝酸铈总质 量10倍的去离子水。
[0047] 实施例2
[0048] 一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,包括以下步骤:
[0049] a)脱酸:将废气通过8%的氨水;
[0050] b)干燥:将经过步骤a处理的废气通过千燥柱,使废气的湿度控制在15%;其中,干 燥柱为植物纤维袋填充坡缕石和氯化钙混合干燥剂制得,其中坡缕石含量为60%,余量为氯 化钙;干燥柱中干燥剂的粒径为75ym;
[0051 ] c)除尘:将经过步骤b干燥的废气通过除尘器,其中除尘器滤网的孔径为35wn; [OO52] d)活性炭吸附:将经过除尘处理的废气通过装有改性活性炭的吸附塔,吸附塔内 的温度控制在120°C,控制废气的流速为步骤c中流速的1/4;
[0053] e)二次除尘:将经过活性炭吸附的废气通过除尘滤网除尘,,并且控制废气的流速 为步骤c中流速的2倍;其中,除尘滤网为两层,第一层滤网孔径为2〇um,第二层滤网孔径为 lOum;
[0054] f)排放。
[0055] 其中,改性活性炭通过以下步骤制得:
[0056] ⑴将活性炭置于热去离子水中洗至中性后,干燥,待用;
[0057] (2)将步骤⑴中的活性炭加入氯磺酸中,加热至80°c溶胀lh,冷却,过滤,将过滤 物用去离子水洗至pH呈中性,真空干燥,得溶胀活性炭;
[0058] (3)将溶胀活性炭加热至850 °C后,通入水蒸气进行扩孔,冷却后经酸洗、水洗、干 燥,得扩孔活性炭;
[0059] (4)将扩孔活性炭加入密闭容器中抽真空,待真空度达到85%后,吸入活性溶液, 再次抽真空,真空浸渍30min后,过滤,将过滤物置室内风干;扩孔活性炭与活性溶液的质量 比为1:1.5;
[0060] (5)将干燥后的活性炭置25〇°C焙烧2h,得改性活性炭;
[0061] 步骤(4)中活性溶液通过以下步骤制得:
[0062]按猛:铈摩尔比为2:1的比例称取硝酸锰与硝酸铈后,加入为硝酸锰与硝酸铈总质 量10倍的去离子水。
[0063] 实施例3
[0064] 一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,包括以下步骤:
[0065] a)脱酸:将废气通过10%的氨水;
[0066] b)干燥:将经过步骤a处理的废气通过千燥柱,使废气的湿度控制在10%;其中,干 燥柱为植物纤维袋填充坡缕石和氯化钙混合干燥剂制得,其中坡缕石质量分数为65%,氯化 钙质量分数为35%;干燥柱中干燥剂的粒径为llOum;
[0067] c)除尘:将经过步骤b千燥的废气通过除尘器,其中除尘器滤网的孔径为3〇wn; [0068] d)活性炭吸附:将经过除尘处理的废气通过装有改性活性炭的吸附塔,吸附塔内 的温度控制在150 °C,控制废气的流速为步骤c中流速的3/8;
[0069] e)二次除尘:将经过活性炭吸附的废气通过除尘滤网除尘,并且控制废气的流速 为步骤c中流速的3倍;其中,除尘滤网为两层,第一层滤网孔径为25wii,第二层滤网孔径为 15um;
[0070] f)排放。
[0071] 其中,改性活性炭通过以下步骤制得:
[0072] (1)将活性炭置于热去离子水中洗至中性后,干燥,待用;
[0073] (2)将步骤⑴中的活性炭加入氯磺酸中,加热至90°C溶胀2h,冷却,过滤,将过滤 物用去离子水洗至pH呈中性,真空干燥,得溶胀活性炭;
[0074] (3)将溶胀活性炭加热至870°C后,通入水蒸气进行扩孔,冷却后经酸洗、水洗、干 燥,得扩孔活性炭;
[0075] (4)将扩孔活性炭加入密闭容器中抽真空,待真空度达到90 %后,吸入活性溶液, 再次抽真空,真空浸渍45min后,过滤,将过滤物置室内风干;扩孔活性炭与活性溶液的质量 比为1:1.5;
[0076] (5)将干燥后的活性炭置250 °C焙烧2 • 5h,得改性活性炭;
[0077] 步骤⑷中活性溶液通过以下步骤制得:
[0078]按锰:铈摩尔比为2:1 • 1的比例称取硝酸锰与硝酸铈后,加入为硝酸锰与硝酸铈总 质量15倍的去离子水。
[0079] 实施例4
[0080] 一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,包括以下步骤:
[0081] a)脱酸:将废气通过13%的氨水;
[0082] b)千燥:将经过步骤a处理的废气通过干燥柱,使废气的湿度控制在8%;其中,干燥 柱为植物纤维袋填充坡缕石和氯化钙混合干燥剂制得,其中坡缕石质量分数为70%,氯化钙 质量分数为30%;干燥柱中干燥剂的粒径为150wn;
[0083] c)除尘:将经过步骤b干燥的废气通过除尘器,其中除尘器滤网的孔径为25wn; [0084] d)活性炭吸附:将经过除尘处理的废气通过装有改性活性炭的吸附塔,吸附塔内 的温度控制在180 °C,控制废气的流速为步骤c中流速的1 /2;
[0085] e)二次除尘:将经过活性炭吸附的废气通过除尘滤网除尘,并且控制废气的流速 为步骤c中流速的4倍;其中,除尘滤网为两层,第一层滤网孔径为35um,第二层滤网孔径为 20M1;
[0086] f)排放。
[0087] 其中,改性活性炭通过以下步骤制得:
[0088] (1)将活性炭置于热去离子水中洗至中性后,干燥,待用;
[0089] (2)将步骤(1)中的活性炭加入氯磺酸中,加热至l〇〇°C溶胀3h,冷却,过滤,将过滤 物用去离子水洗至pH呈中性,真空干燥,得溶胀活性炭;
[0090] (3)将溶胀活性炭加热至900°C后,通入水蒸气进行扩孔,冷却后经酸洗、水洗、干 燦,得r扎沾性炭;
[0091] (4)将扩孔活性炭加入密闭容器中抽真空,待真空度达到95%后,吸入活性溶液, 再次抽真空,真空浸渍60min后,过滤,将过滤物置室内风干;扩孔活性炭与活性溶液的质量 比为1:1.5;
[0092] (5)将干燥后的活性炭置3〇〇°C焙烧池,得改性活性炭;
[0093] 步骤⑷中活性溶液通过以下步骤制得:
[0094] 按锰:铈摩尔比为2:1.2的比例称取硝酸锰与硝酸铈后,加入为硝酸锰与硝酸铈总 质量20倍的去离子水。
[0095] 本发明工艺步骤简单,可操作性强,便于工业化的处理含二噁英的废气,二嚼英的 脱除率达95%及以上,二噁英浓度<0.lngTEQ/Nm3。

Claims (4)

1. 一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,其特征在于包括以下步骤: a) 脱酸:将废气通过8〜13%的氨水; b) 干燥:将经过步骤a处理的废气通过干燥柱,使废气的湿度控制在15%以下. c) 除尘:将经过步骤b千燥的废气通过除尘器,其中除尘器滤网的孔径小于35mi; d) 活性炭吸附:将经过除尘处理的废气通过装有改性活性炭的吸附塔,吸附塔内的温 度控制在120〜180°C,控制废气的流速为步骤c中流速的1/4〜1/2; e) 二次除尘:将经过活性炭吸附的废气通过除尘滤网除尘,并且控制废气的流速为步 骤c中流速的2〜4倍; f) 排放; 所述步骤d中的改性活性炭通过以下步骤制得: (1) 将活性炭置于热去离子水中洗至中性后,干燥,待用; (2) 将步骤⑴中的活性炭加入氯磺酸中,加热至80〜100°C溶胀1〜3h,冷却,过滤,将 过滤物用去离子水洗至pH呈中性,真空干燥,得溶胀活性炭; (3) 将溶胀活性炭加热至850〜900°C后,通入水蒸气进行扩孔,冷却后经酸洗、水洗、干 燥,得扩孔活性炭; (4) 将扩孔活性炭加入密闭容器中抽真空,待真空度达到85 %〜95 %后,吸入活性溶 液,再次抽真空,真空浸渍30〜60min后,过滤,将过滤物置室内风干,扩孔活性炭与活性溶 液的质量比为1:1.5; (5) 将干燥后的活性炭置200~300°C焙烧2〜3h,得改性活性炭; 所述的活性溶液的具体制备过程如下:按锰:铈摩尔比为2:1〜1.2的比例称取硝酸锰与 硝酸铈后,加入为硝酸锰与硝酸铈总质量1〇〜20倍的去离子水。
2. 根据权利要求1所述的一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,其特征在于:所述步 骤b中的干燥柱为植物纤维袋填充坡缕石和氯化钙混合干燥剂制得,其中坡缕石含量为60 〜70wt%,余量为氯化轉。
3. 根据权利要求1所述的一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,其特征在于:所述千 燥柱中干燥剂的粒径为75〜150mi。
4. 根据权利要求1所述的一种利用改性活性炭脱除二噁英的工艺,其特征在于:所述步 骤e中的除尘滤网为两层,第一层滤网孔径为20〜35mi,第二层滤网孔径为10〜20mi。
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