CN110652846A - 一种中低温烟气的高效干法脱硫剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中低温烟气的高效干法脱硫剂，包含活性组分和金属盐，所述活性组分为Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3混合物，所述金属盐为Na2CO3、NaCl、Fe(NO3)3中的任意一种；其制备方法为1）按一定比例称取Ca(OH)2、粉煤灰、Fe2O3粉末，混合均匀；2）配置低浓度的盐溶液，称取一定量步骤1）中所得混合物，置于低浓度的盐溶液中浸渍，室温搅拌30min；3）将步骤2）中搅拌后的混合液加热至80℃，并在80℃下搅拌60min，成糊状；4）将步骤3）中所得糊状混合物置于烘箱中，60℃干燥10~12h，得到高效干法脱硫剂。本发明提供的高效干法脱硫剂具有较高的中低温脱除效率和钙利用率，是一种具有实际应用潜力的中低温烟气高效干法脱硫剂，并且制备工艺简单，成本低。

Description

一种中低温烟气的高效干法脱硫剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种中低温烟气的高效干法脱硫剂及其制备方法和应用，属于大气环境治理技术领域。
背景技术
近年来，我国大气污染问题严重，2016年全国338个地级及以上城市仅94个城市能达到《环境空气质量标准 GB3095-2012》，约72%的人口生活在不达标大气环境中。自2015年，我国大规模推进电力行业超低排放改造，目前全国50%以上机组完成改造，已建成全球最大的清洁高效煤电体系。然而，我国非电力行业（钢铁、建材等）产能占世界50%以上，非电力行业烟气大量排放，造成其对空气中主要污染物的贡献率上升，大气污染物排放总量位居各排放源之首。非电力行业烟气中含有的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等物质对大气造成严重污染，引起酸雨、光化学烟雾、促进二次颗粒物的生成等环境问题，并且直接危害人体健康。因此，控制非电力行业大气污染物的排放对于改善人口居住环境具有十分重要的意义。
选择性催化还原（SCR）技术是一种成熟应用于电力行业的烟气脱硝技术，由于非电力行业烟气温度较低，传统的高温SCR技术并不适用，随着中低温催化剂的发展，具有优良中低温脱硝效果的中低温SCR技术成为理想的非电力行业NOX排放控制技术。然而SCR脱硝技术在工艺最前端，烟气中高浓度的SO2在催化剂表面氧化生成SO3，SO3与SCR过程中逃逸的氨（NH3）反应生成硫酸氢铵，由于烟气温度较低，具有粘性的硫酸氢铵易沉积在催化剂表面，导致催化剂严重失活，这成为中低温SCR脱硝技术大规模应用的主要瓶颈。
广泛应用的商业干法脱硫剂是以氧化钙（CaO）、粉煤灰等为原料，在一定条件下进行水化反应后形成具有较大的比表面积的活性材料Ca(OH)2/粉煤灰。在脱硫过程中，SO2向脱硫剂颗粒表面和孔隙内扩散，然后与脱硫剂表面相互作用并进行化学反应。钙基脱硫剂在使用过程中存在钙利用率低的问题，原因是脱硫产物CaSO4的摩尔体积是Ca(OH)2的2–3倍，脱硫产物在Ca(OH)2颗粒外表面形成致密的CaSO4覆盖层，影响SO2向脱硫剂颗粒内部扩散。在中低温烟气条件下，脱硫过程中反应速率、孔隙扩散率和产物层扩散率均受到影响，现有商业脱硫剂通常只有表面的活性物质参与了反应，脱硫效率低。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种中低温烟气的高效干法脱硫剂及其制备方法和应用，在SCR脱硝工艺前用干法预脱除烟气中的SO2，解决了硫酸氢铵沉积的难题，从而保证催化剂的寿命，同时烟气经干法脱硫后没有明显温降，确保SCR脱硝效果。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种中低温烟气的高效干法脱硫剂，包含活性组分和金属盐，所述活性组分为Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3混合物，所述金属盐为Na2CO3、NaCl、Fe(NO3)3中的任意一种。
一种高效干法脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
1）按一定比例称取Ca(OH)2、粉煤灰、Fe2O3粉末，混合均匀；
2）配置低浓度的盐溶液，称取一定量步骤1）中所得混合物，置于低浓度的盐溶液中浸渍，室温搅拌30min；
3）将步骤2）中搅拌后的混合液加热至80℃，并在80℃下搅拌60min，成糊状；
4）将步骤3）中所得糊状混合物置于烘箱中，60℃干燥10~12h，得到高效干法脱硫剂。
进一步地，步骤2）中，盐溶液的质量分数为0.25~1%。
进一步地，所述盐溶液为Na2CO3、NaCl、Fe(NO3)3中的任意一种的水溶液。
高效干法脱硫剂的应用，将高效干法脱硫剂应用于焦化、水泥、玻璃、陶瓷、垃圾焚烧等非电力行业烟气脱硫，作为中低温SCR脱硝技术前SO2的预脱除。
反应条件为温度150~300℃，烟气中SO2浓度100-800 mg/Nm3。。
有益效果：（1）本发明所提供的高效干法脱硫剂具有较高的中低温脱除效率和钙利用率，是一种具有实际应用潜力的中低温烟气高效干法脱硫剂。
（2）本发明所用活性组分一步混合，采用盐溶液浸渍，制备工艺简单、成本较低，可满足焦化、水泥、玻璃、陶瓷、垃圾焚烧等非电力行业SO2控制的需求，特别是中低温SCR脱硝技术前SO2的预脱除，具有广泛应用前景。
附图说明
图1为本发明脱硫剂的SO2脱除效率与反应时间的关系图；
图2为不同浓度盐溶液浸渍后的脱硫剂的SO2脱除效率与反应时间的关系图。
图2中，“脱硫剂-200”指代“Ca(OH)2/粉煤灰”，“脱硫剂-Na2CO3-4.0”指代“4wt%Na2CO3-Ca(OH)2/粉煤灰”，“脱硫剂-Na2CO3-0.2”指代“0.2wt%Na2CO3-Ca(OH)2/粉煤灰”。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例一
高效干法脱硫剂成分为：Na2CO3-Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3脱硫剂，制备方法如下：
1）按照Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3质量比1：1：(0.02-0.05)，称取Ca(OH)22g，粉煤灰2g，Fe2O3(0.04-0.1) g，并混合均匀；
2）配制质量分数0.5%的Na2CO3溶液，称取步骤1）所得混合物1g，置于20ml Na2CO3溶液中，室温搅拌30 min；
3）将步骤2）中室温搅拌30min后的混合液加热至80℃，在80℃下继续搅拌60 min，成糊状；
4）将步骤3）中所得糊状混合物置于烘箱中，60℃干燥10-12h，得到高效干法脱硫剂。
实施例二
高效干法脱硫剂成分为：NaCl-Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3脱硫剂，制备方法如下：
1）按照Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3质量比1：1：(0.02-0.05)，称取Ca(OH)22g，粉煤灰2g，Fe2O3(0.04-0.1) g，并混合均匀；
2）配制质量分数0.5%的NaCl溶液，称取步骤1）所得混合物1g，置于20ml NaCl溶液中，室温搅拌30 min；
3）将步骤2）中室温搅拌30min后的混合液加热至80℃，在80℃下继续搅拌60 min，成糊状；
4）将步骤3）中所得糊状混合物置于烘箱中，60℃干燥10-12h，得到高效干法脱硫剂。
实施例三
高效干法脱硫剂成分为：Fe(NO3)3-Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3脱硫剂，制备方法如下：
1）按照Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3质量比1：1：(0.02-0.05)，称取Ca(OH)22g，粉煤灰2g，Fe2O3(0.04-0.1) g，并混合均匀；
2）配制质量分数0.5%的Fe(NO3)3溶液，称取步骤1）所得混合物1g，置于20ml Fe(NO3)3溶液中，室温搅拌30 min；
3）将步骤2）中室温搅拌30min后的混合液加热至80℃，在80℃下继续搅拌60 min，成糊状；
4）将步骤3）中所得糊状混合物置于烘箱中，60℃干燥10-12h，得到高效干法脱硫剂。
图1为使用不同脱硫剂脱除SO2的吸附穿透曲线，测试条件：将脱硫剂粉末压片、破碎、筛分，选取40-60目的脱硫剂颗粒用于脱除SO2的性能测试，反应条件：0.2g脱硫剂，NO500 ppm，SO2500 ppm，H2O 10 vol.%，O2 10 vol.%，N2平衡，烟气总流量为150mL/min，气体空速GHSV 11794 h-1 (标况)，反应温度200℃。
从图1可以看出，本发明制备的脱硫剂脱除SO2的性能明显增强。掺杂Fe2O3后，脱硫剂被穿透的时间从5 min提高到15 min。在固定床测试中，在脱硫剂之后检测到SO2，即视为脱硫剂被穿透。经盐溶液处理后，脱硫剂被穿透的时间明显增加，其中，采用Fe(NO3)3处理的Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3脱硫剂效果最好，脱硫剂被穿透的时间从5 min提高到50 min，经计算，脱硫剂硫容较Ca(OH)2/粉煤灰提高约3倍。并且研究发现，如图2所示，微量浓度盐溶液浸渍的脱硫剂可以到达和较高浓度盐溶液浸渍的脱硫剂基本一致的效果，前者成本更低，进一步说明本发明制备的高效干法脱硫剂是一种具有实际应用潜力的高效中低温干法脱硫剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种中低温烟气的高效干法脱硫剂，其特征在于：包含活性组分和金属盐，所述活性组分为Ca(OH)2/粉煤灰/Fe2O3混合物。
2.根据权利要求1所述的中低温烟气的高效干法脱硫剂，其特征在于：所述金属盐为Na2CO3、NaCl、Fe(NO3)3中的任意一种。
3.权利要求1或2所述高效干法脱硫剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）按一定比例称取Ca(OH)2、粉煤灰、Fe2O3粉末，混合均匀；
2）配置低浓度的盐溶液，称取一定量步骤1）中所得混合物，置于低浓度的盐溶液中浸渍，室温搅拌30min；
3）将步骤2）中搅拌后的混合液加热至80℃，并在80℃下搅拌60min，成糊状；
4）将步骤3）中所得糊状混合物置于烘箱中，60℃干燥10~12h，得到高效干法脱硫剂。
4.根据权利要求3所述的高效干法脱硫剂的制备方法，其特征在于：步骤2）中，盐溶液的质量分数为0.25~1%。
5.根据权利要求3所述的高效干法脱硫剂的制备方法，其特征在于：所述盐溶液为Na2CO3、NaCl、Fe(NO3)3中的任意一种的水溶液。
6.权利要求1或2所述的高效干法脱硫剂的应用，其特征在于：将高效干法脱硫剂应用于非电力行业烟气脱硫，作为中低温SCR脱硝技术前SO2的预脱除。
7.根据权利要求6所述的高效干法脱硫剂的应用，其特征在于：反应条件为烟气温度150~300℃，烟气中SO2浓度100-800 mg/Nm3。
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