CN110975589A - 一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂及其制备方法 - Google Patents

一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂及其制备方法，主要将固体废弃物粉煤灰和赤泥与生石灰按一定比例混合搅拌，进行系列反应成型后，煅烧、冷却、粉碎、过筛制备而成。本发明采用固体废弃物赤泥和粉煤灰作为吸收剂的主要原料，可实现低温烟气同时脱硫脱硝，且脱除效率高。同时本发明提供的吸收剂，碱性强，原料来源丰富，易购买，成本低，实现了“以废治废”。本发明吸收剂制备工艺简单，变废为宝，同时吸收了烟气中酸性废气的吸收剂可进一步进行资源化利用，不产生二次污染，适合在工业上推广应用。

Description

一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂及其制备方法，适用于处理锅炉烟气、钢铁、电力以及石油石化等行业不同工段所排放的烟气中的酸性废气净化过程，属于工业废气治理和固废资源利用领域。
背景技术
近年来，工业燃煤烟气中的硫、氮化合物是我国主要的大气污染物。为了控制烟气中硫、氮化合物等酸性废气排放，中国政府也出台了一系列政策，包括发布新的排放标准，提高火电厂、锅炉和各类炉窑的烟气排放浓度要求；制定各种烟气脱除酸性废气的技术规范和指南；加强烟气污染物监管等。因此，酸性废气对我国生态环境的影响十分重大，对其排放控制十分必要。
目前国内脱除酸性废气的诸多技术中，应用最为普遍的是石灰-石膏法，石灰作为脱硫脱硝的主要吸收剂，若要使烟气达到超低排放标准，消耗的石灰总量要高达约4644万吨，金额为4644万吨*800元/吨＝371.5亿元。石灰在脱除烟气中酸性废气方面如此大的消耗量，为日渐枯竭的石灰资源带来了巨大压力。
随着经济的发展，钢铁、有色以及石化等资源型产业排放的固体废物日益增加，其中，赤泥是以铝土矿为原料，提炼氧化铝过程中产生的强碱性大宗工业固体废物。由于其含有三氧化二铁，呈现生锈的红色，因此得名。数据调查显示，2018年全球的氧化铝产量约12000万吨，中国的氧化铝产量高达约7500万吨，占全球产量的63％。其中，山东、山西、河南、广西、贵州产能较高，分别占全国的35％、28％、16％、11％和6％。因铝土矿品位以及生产工艺的不同，每生产一吨氧化铝大约要产生0.8-1.5吨赤泥。保守估计，全球赤泥年产将近1.2亿吨，我国赤泥产量占比超过一半。
赤泥成分复杂、具有强碱性，我国对其回收利用的比例较低，大部分产出的赤泥通过露天筑坝或就近填埋的方式堆存，此堆存方式导致赤泥中的强碱性废液渗入土壤并对地表水产生污染，且长期堆放的赤泥灰分通过扬尘的方式进入空气中，影响当地居民的身体健康。鉴于赤泥数量大、占地多、影响环境质量以及对人类健康产生危害，赤泥的综合高效开发利用受到全球研究人员的关注。
粉煤灰是火电厂燃煤过程中排出的必然产物，它是一种工业废渣。粉煤灰属于硅铝酸盐，主要成分为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。其中，SiO2、Al2O3、Fe2O3占总量的80％左右。此外，由于富集了多种碱金属和碱土金属元素，粉煤灰呈现较强碱性。同时，粉煤灰多呈球形，具有多孔结构，比表面积较大，质轻，容重小，吸附能力强等特点。目前，粉煤灰在建材、农业、环保以及新型功能材料等领域有一定的应用。
粉煤灰的产生量占燃煤量的10％-50％。2015年，我国粉煤灰排放量已高达5.7亿吨，排灰程度居世界之首，其对环境和人体的危害必须引起人们的重视。若大量的粉煤灰不加以处理的排放，会产生扬尘，增加大气中的漂浮物；若排放至河道水中，其中的有害元素会污染水质；大量粉煤灰的堆存，又会通过雨水渗透到地下，污染土壤；同时，人类吸入粉煤灰后，会对人类的眼睛、呼吸道等器官产生十分刺激的影响，从而导致人的免疫力下降。因此，如何利用和处理如此高排量的粉煤灰，亟待引起越来越多人的关注。
综上所述，赤泥和粉煤灰的堆存量巨大，对环境和人类的危害十分严重。同时，对烟气中酸性废气的排放控制十分紧迫。提供一种以赤泥和粉煤灰两种固体废渣为原料制备新型吸收剂的方法，提高低温烟气脱硫脱硝的效率，十分有前景。该吸收剂不仅可替代石灰解决资源枯竭的问题，还可以变废为宝，实现“以废治废”。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用赤泥粉煤灰固体废渣通过水化法制备同时脱硫脱硝吸收剂的方法。该吸收剂原料来源广泛，制备工艺简单，能够实现低温烟气同时脱硫脱硝，并达到较好的脱除效果，同时，实现了赤泥和粉煤灰两种固体废渣的资源化利用，达到了“以废治废”的目的。
本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干3～5h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目，备用；其中，优选赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：7:2:1～5:4:1；
步骤(2)，将步骤(1)备用的赤泥、粉煤灰和生石灰以上述质量比加入容器中，优选为烧杯或混合器中，充分搅拌混匀，待原料反应完全并成型后，将样品转入加热炉中，优选为马弗炉或焙烧炉中，200～350℃煅烧2～5h后，取出冷却；
步骤(3)：将步骤(2)冷却后的样品，进行破碎，研磨，再用筛孔尺寸为200～300目的分样筛筛分至200～300目，得到最终的吸收剂样品，密封保存，待用。
其中，所述赤泥为高钙高硅的烧结法和联合法赤泥中的一种或两种，其比表面积大，约为64～187m2/g，而且含水量的质量百分比为80％～105％；粉煤灰粒径为1～400μm，富含硅、铝、铁以及钙等元素；颗粒状生石灰粒径为1～5mm。
其中，在三种原料混合搅拌过程中，生石灰与赤泥中的水分发生反应生成Ca(OH)2，并放出大量热，使粉煤灰反应温度保持在90℃～130℃的范围，加快粉煤灰与Ca(OH)2的反应速率。
其中，在三种原料混合搅拌过程中，粉煤灰的活性组分SiO2、Al2O3，与Ca(OH)2发生火山灰反应，激发了粉煤灰的化学活性，增强了吸收剂的吸收性能。火山灰反应：属于本领域的专业术语，火山灰反应就是指活性SiO2、Al2O3等组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物的过程
其中，粉煤灰发生火山灰反应生成的硅酸钙、水合硅铝酸钙等物相，具有多孔结构，附着在吸收剂表面，利于对酸性气体的吸收。
其中，所述的吸收剂在低温范围，不仅可以吸收二氧化硫、氮氧化物、硫化氢、三氧化硫中的一种或多种，同时可吸收其它酸性废气，包括二氧化碳、氟化氢、氯化氢、氯气等的一种或多种气体。
其中，该吸收剂应用于处理锅炉烟气、钢铁、电力以及石油石化等行业不同工段所排放烟气中的酸性废气。
本发明还涉及一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂，所述低温烟气脱硫脱硝吸收剂的主要成分包括按重量百分比计的如下组分：CaO含量为19％～32％；Fe2O3含量为2.5％～5.0％；Al2O3含量为3.0％～6.3％；SiO2含量为10％～19％；TiO2含量为1.0％～2.5％；K2O含量为0.050％～0.2％；MgO含量为0.5％～1.5％；Na2O含量为1.0％～2.0％，优选其采用上述制备方法制备。
本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价装置，优选用于评价上述吸收剂的性能，所述装置包括：CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)、N2气瓶(9)、鼓泡塔(13)、低温恒温槽(14)、混合罐(17)、固定床反应器(20)、管式炉(21)、恒温控制器(22)和烟气分析仪(25)；CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)的出口端分别连接各自的流量计(5、6、7、8)的入口端，所述各自的流量计(5、6、7、8)的出口端分别连接第一阀(15)的第一入口端，用于将CO标气、O2标气、NO标气和SO2标气配成第一混合气体；CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)对应的所述各自的流量计(5、6、7、8)依次为第一流量计(5)、第二流量计(6)、第三流量计(7)和第四流量计(8)，N2气瓶(9)的出口端连接第五流量计(10)的入口端，第五流量计(10)的出口端连接第二阀(11)，第二阀(11)具有第一出口端和第二出口端，用于将N2气分成第一出口端的第一路N2气和第二出口端的第二路N2气；鼓泡塔(13)和低温恒温槽(14)组成为增湿装置，增湿装置还包括第六流量计(12)，第六流量计(12)的出口端连接鼓泡塔(13)，鼓泡塔(13)设置在低温恒温槽(14)中，第二阀(11)的第一出口端连通第六流量计(12)的入口端，用于将第一路N2气通入鼓泡塔(13)中的水中进行鼓泡而形成水蒸气，增湿装置的出口端连接第一阀(15)的第二入口端，用于将增湿装置出口端排出的所述水蒸气与所述第一混合气体通过第一阀(15)混合成第二混合气体，第一阀(15)的出口端和第二阀(11)的第二出口端分别连通混合罐(17)的入口端，用于将第二混合气体和第二路N2气混合后形成的第三混合气体通入混合罐(17)中作为模拟烟气；固定床反应器(20)、管式炉(21)和恒温控制器(20)构成吸收装置；固定床反应器(20)设置在管式炉(21)中，管式炉(21)连接恒温控制器(20)，固定床反应器(20)中装有所述吸收剂，管式炉(21)和恒温控制器(20)用于加热并控制吸收剂温度；混合罐(17)的出口端连接固定床反应器(20)的入口端，用于将混合罐(17)中的模拟烟气输送到固定床反应器(20)中，通过固定床反应器(20)中的所述吸收剂对模拟烟气进行吸收净化反应；固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)，用于将经过吸收净化后的烟气通入烟气分析仪(25)中进行检测。优选，在第一阀(15)的出口端和第二阀(11)的第二出口端分别连通混合罐(17)的入口端的管路上设置第七流量计(16)。优选，混合罐(17)的出口端连接固定床反应器(20)的入口端的管路上设置有第三阀(18)。优选，固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)的管路上设置第四阀(19)。优选，固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)的管路上还设置第五阀(23)，用于将净化后的烟气分成两路，两路中的一路通过第八流量计(24)连接烟气分析仪(25)，用于控制流量进行检测，两路中的另一路直接进行排空；优选，固定床反应器(20)的材料为石英玻璃，内径10mm，所述吸收剂堆积高度为15mm。
本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价方法，优选采用上述的评价装置进行评价，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：将处理好的赤泥粉煤灰体系吸收剂装入固定床反应器(20)中，之后，先用惰性气体N2吹扫一段时间，优选一段时间为40-70分钟，优选为1小时；
步骤(2)：CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)的出口端分别连接各自的流量计(5、6、7、8)的入口端，用于将CO标气、O2标气、NO标气、SO2标气配成第一混合气体，N2气瓶(9)的出口端连接第五流量计(10)的入口端，第五流量计(10)的出口端连接第二阀(11)，用于将N2气分成第一路N2气和第二路N2气；第一路N2气通入增湿装置的鼓泡塔(13)中的水下进行鼓泡而形成水蒸气，增湿装置出口段连接第一阀(15)，用于将增湿装置出口段的排出的所述水蒸气与CO标气、O2标气、NO标气和SO2标气配成的第一混合气体通过第一阀(15)混合成第二混合气体，第二混合气体和第二路N2气混合后形成第三混合气体；
步骤(3)：第三混合气体通入混合罐(17)中进行混合以形成模拟烟气；
(4)模拟烟气通入固定床反应器(20)，用于通过固定床反应器(20)中的吸收剂对模拟烟气进行吸收净化反应；固定床反应器(20)、管式炉(21)和恒温控制器(20)构成吸收装置；固定床反应器(20)设置在管式炉(21)中，管式炉(21)连接恒温控制器(20)，固定床反应器(20)中装有吸收剂，管式炉(21)和恒温控制器(20)用于加热并控制吸收剂温度；
(5)固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)，用于将经过吸收净化后的烟气通入烟气分析仪(25)中进行检测。
赤泥和粉煤灰经反应后释放出了很多的碱性活性物质，其中的铝、硅、钙、铁等碱性物质，均是很好的脱硫剂。
赤泥和粉煤灰本身都具有多孔结构，粉煤灰经过火山灰反应后，表面的孔结构更加丰富，使得吸收剂比表面积增大；而且以赤泥和粉煤灰为主要原料制备的吸收剂含有多种金属氧化物以及物相组成，对NO的氧化反应有很好的催化作用，提高了脱硝效率。
优选本发明所涉及一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂，主要将固体废弃物粉煤灰和赤泥与生石灰按一定比例混合搅拌，进行系列反应成型后，煅烧、冷却、粉碎、过筛制备而成的，所述赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂由以下比例的原料所制成(按重量百分比计)：赤泥50％～70％，粉煤灰20％～40％，生石灰5％～15％。
优选本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂的制备方法，包括以下步骤(如图1所示)：
(1)分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干3～5h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目，备用；赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：7:2:1～5:4:1；
(2)将步骤(1)备用的赤泥、粉煤灰和生石灰以一定比例加入烧杯或混合器中，充分混合搅拌，待原料反应完全并成型后，将样品转入马弗炉或焙烧炉中，200～350℃煅烧2～5h后，取出冷却。
(3)将步骤(2)冷却后的样品，进行破碎，研磨，再用筛孔尺寸为200～300目的分样筛筛分，得到最终的吸收剂样品，密封保存，待用。
作为优选，步骤(1)中赤泥和生石灰的质量比为：6.5:1～7:1。
作为优选，步骤(2)中焙烧温度为200℃～350℃，3～4h；
赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂是通过生石灰与赤泥中的水分发生反应生成Ca(OH)2，并放出大量热，粉煤灰同时与Ca(OH)2发生火山灰反应制备而成的。放出的大量热使火山灰反应的温度保持在90℃～130℃的范围，加快了反应速率。
赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂处理烟气的温度为50～150℃的低温烟气，可应用于处理锅炉烟气、钢铁、电力以及石油石化等行业不同工段所排放烟气中的酸性废气(如二氧化硫、氮氧化物、硫化氢、三氧化硫、二氧化碳、氟化氢、氯化氢、氯气等)。
本发明吸收剂用于脱硫脱硝涉及的主要反应方程式：
火山灰主要反应：
CaO+H2O→Ca(OH)2(水为赤泥中的水分)
Ca(OH)2+SiO2+H2O→(CaO)x(SiO2)y(H2O)z
Ca(OH)2+Al2O3+H2O→(CaO)x(Al2O3)y(H2O)z
Ca(OH)2+SiO2+Al2O3+H2O→(CaO)x(SiO2)y(Al2O3)z(H2O)w
脱硫反应：
SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O
2SO2+Ca(OH)2→Ca(HSO3)2
Fe2O3+2SO2+H2O→2FeSO4+H2SO4
SO2+CaO→CaSO3
K2O+H2O→2KOH
SO2+2KOH→K2SO3+H2O
SO2+MgO→MgSO3
Na2O+H2O→2NaOH
SO2+2NaOH→Na2SO3+H2O
脱硝反应：
NO+1/2O2→NO2(催化氧化)
4NO2+2Ca(OH)2→Ca(NO3)2+Ca(NO2)2+H2O
3NO2+CaO→Ca(NO3)2+NO
2NO2+2KOH→KNO3+KNO2+H2O
2NO2+2NaOH→NaNO3+NaNO2+H2O
其它酸性废气，包括二氧化碳、氟化氢、氯化氢、氯气等气体也会与吸收剂中的碱性氧化物发生上述反应。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明利用生石灰吸收赤泥中水生成氢氧化钙，以固体废弃物粉煤灰和氢氧化钙作为反应物，自发进行火山灰反应，同时利用生石灰吸水放出的大量热来提高火山灰反应速率。用此方法制备得到的吸收剂，不仅具有多种脱硫活性物质铝、铁、硅、钙等，而且经过火山灰反应生成的硅酸钙以及水合铝硅酸钙等物质丰富了吸收剂的多孔结构，有较大的比表面积，对脱硫效率有很大提高，也为脱硫脱硝提供了比较大的活性反应空间；同时，赤泥粉煤灰体系中含有的金属氧化物或物相组成，可以催化NO反应进行，提高脱硝效率。
(2)该吸收剂可以处理50～150℃的低温烟气，模拟烟气条件，进行同时脱硫脱硝测试，脱硫效率95％以上，脱硝效率可达85％以上。
(3)吸收剂的制备工艺简单，投资成本低，操作简单，若实现工业化，不仅能够脱除烟气中的酸性废气，还可以大量的消纳赤泥和粉煤灰这两种工业固体废弃物，实现以废治废，有助于可持续发展。
附图说明
图1赤泥粉煤灰体系吸收剂的制备流程图。
图2赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价装置图。
图中标记：1-CO标气瓶，2-O2标气瓶，3-NO标气瓶，4-SO2标气瓶，5、6、7、8、10、12、16、24-流量计，9-N2瓶，11、15、18、19、23-三通阀，13-鼓泡塔，14-低温恒温槽，17-混合罐，20-固定床反应器，21-管式炉，22-恒温控制器，25-烟气分析仪。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，需要注意的是，本发明并不仅限于以下实施例。
如图1所示，本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干3～5h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目，备用；其中，优选赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：7:2:1～5:4:1；
步骤(2)，将步骤(1)备用的赤泥、粉煤灰和生石灰以上述质量比加入容器中，优选为烧杯或混合器中，充分搅拌混匀，待原料反应完全并成型后，将样品转入加热炉中，优选为马弗炉或焙烧炉中，200～350℃煅烧2～5h后，取出冷却；
步骤(3)：将步骤(2)冷却后的样品，进行破碎，研磨，再用筛孔尺寸为200～300目的分样筛筛分至200～300目，得到最终的吸收剂样品，密封保存，待用。
其中，所述赤泥为高钙高硅的烧结法和联合法赤泥中的一种或两种，其比表面积大，约为64～187m2/g，而且含水量的质量百分比为80％～105％；粉煤灰粒径为1～400μm，富含硅、铝、铁以及钙等元素；颗粒状生石灰粒径为1～5mm。
其中，在三种原料混合搅拌过程中，生石灰与赤泥中的水分发生反应生成Ca(OH)2，并放出大量热，使粉煤灰反应温度保持在90℃～130℃的范围，加快粉煤灰与Ca(OH)2的反应速率。
其中，在三种原料混合搅拌过程中，粉煤灰的活性组分SiO2、Al2O3，与Ca(OH)2发生火山灰反应，激发了粉煤灰的化学活性，增强了吸收剂的吸收性能。火山灰反应：属于本领域的专业术语，火山灰反应就是指活性SiO2、Al2O3等组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物的过程
其中，粉煤灰发生火山灰反应生成的硅酸钙、水合硅铝酸钙等物相，具有多孔结构，附着在吸收剂表面，利于对酸性气体的吸收。
其中，所述的吸收剂在低温范围，不仅可以吸收二氧化硫、氮氧化物、硫化氢、三氧化硫中的一种或多种，同时可吸收其它酸性废气，包括二氧化碳、氟化氢、氯化氢、氯气等的一种或多种气体。
其中，该吸收剂应用于处理锅炉烟气、钢铁、电力以及石油石化等行业不同工段所排放烟气中的酸性废气。
一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂，所述低温烟气脱硫脱硝吸收剂的主要成分包括按重量百分比计的如下组分：CaO含量为19％～32％；Fe2O3含量为2.5％～5.0％；Al2O3含量为3.0％～6.3％；SiO2含量为10％～19％；TiO2含量为1.0％～2.5％；K2O含量为0.050％～0.2％；MgO含量为0.5％～1.5％；Na2O含量为1.0％～2.0％，优选其采用上述制备方法制备。
实施例1
分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干5h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目；赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：7:2:1；按此比例将三种原料加入烧杯中，封口，充分混合搅拌，待原料反应完全并成型后，将样品转入马弗炉中，200～350℃煅烧3h后，取出冷却、破碎、研磨，再用筛孔尺寸为200～300目的分样筛筛分，得到最终的吸收剂样品。
赤泥粉煤灰吸收剂同时脱硫脱硝性能评价：将处理好的赤泥粉煤灰体系吸收剂装入固定床反应器20(固定床反应器由石英玻璃制作而成，内径10mm，吸收剂堆积高度为15mm)，先用惰性气体N2吹扫1小时后，通入模拟烟气混合气，其中SO2浓度400ppm，NO浓度200ppm，O2浓度16％，水蒸气浓度10％(N2 9将鼓泡塔13中的水于一定温度下进行鼓泡而形成一定浓度的水蒸气)，CO浓度1.4％，N2为载气，烟气吸收温度通过恒温控制器控温在120℃，烟气总流量设为6L/min。模拟烟气直接进入烟气分析仪进行检测，烟气中物质的入口浓度记为C0；模拟烟气经过固定床反应器进行吸收反应后，再通入烟气分析仪进行检测，此时系统出口段物质的浓度对应记为C，吸收剂的吸收效率为：
Figure BDA0002327621280000091
烟气吸收评价示意图装置如图2所示。赤泥粉煤灰体系低温烟气同时脱硫脱硝吸收剂的脱除效率：二氧化硫99％以上，氮氧化物88％以上。
实施例2
分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干4h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目；赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：6:3:1；按此比例将一定量的三种原料加入混合器中，充分混合搅拌，待原料反应完全并成型后，将样品转入焙烧炉中，300℃煅烧4h后，冷却、破碎、研磨，再用筛孔尺寸为150～250目的分样筛筛分，得到最终的吸收剂样品。
将赤泥粉煤灰体系吸收剂应用于兖矿集团有限公司南屯电力分公司3×220t/h锅炉烟气超低排放改造工程。入口SO2浓度为800mg/Nm3，入口NOx浓度为200mg/Nm3。烟气温度为150℃，烟气量为184000Nm3/h。赤泥粉煤灰体系低温烟气同时脱硫脱硝吸收剂的：二氧化硫99％以上，氮氧化物86％以上。
实施例3
分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干4h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目；赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：5:4:1；按此比例将一定量的三种原料加入混合器中，充分混合搅拌，待原料反应完全并成型后，将样品转入焙烧炉中，250℃煅烧5h后，冷却、破碎、研磨，再用筛孔尺寸为150～250目的分样筛筛分，得到最终的吸收剂样品。
将赤泥粉煤灰体系吸收剂应用于河北津西钢铁集团股份有限公司265平米烧结机脱硫脱硝除尘改造工程。入口SO2浓度为2000mg/Nm3，入口NOx浓度为300mg/Nm3。烟气温度为140℃，烟气量为1070000Nm3/h。赤泥粉煤灰体系低温烟气同时脱硫脱硝吸收剂的脱除效率：二氧化硫99％以上，氮氧化物85％以上。
图2所示，本发明涉及一种赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价装置，优选用于评价上述吸收剂的性能，所述装置包括：CO标气瓶1、O2标气瓶2、NO标气瓶3、SO2标气瓶4、N2气瓶9、鼓泡塔13、低温恒温槽14、混合罐17、固定床反应器20、管式炉21、恒温控制器22和烟气分析仪25；CO标气瓶1、O2标气瓶2、NO标气瓶3、SO2标气瓶4的出口端分别连接各自的流量计5、6、7、8的入口端，所述各自的流量计5、6、7、8的出口端分别连接第一阀15的第一入口端，用于将CO标气、O2标气、NO标气和SO2标气配成第一混合气体；CO标气瓶1、O2标气瓶2、NO标气瓶3、SO2标气瓶4对应的所述各自的流量计5、6、7、8依次为第一流量计5、第二流量计6、第三流量计7和第四流量计8，N2气瓶9的出口端连接第五流量计10的入口端，第五流量计10的出口端连接第二阀11，第二阀11具有第一出口端和第二出口端，用于将N2气分成第一出口端的第一路N2气和第二出口端的第二路N2气；鼓泡塔13和低温恒温槽14组成为增湿装置，增湿装置还包括第六流量计12，第六流量计12的出口端连接鼓泡塔13，鼓泡塔13设置在低温恒温槽14中，第二阀11的第一出口端连通第六流量计12的入口端，用于将第一路N2气通入鼓泡塔13中的水中进行鼓泡而形成水蒸气，增湿装置的出口端连接第一阀15的第二入口端，用于将增湿装置出口端排出的所述水蒸气与所述第一混合气体通过第一阀15混合成第二混合气体，第一阀15的出口端和第二阀11的第二出口端分别连通混合罐17的入口端，用于将第二混合气体和第二路N2气混合后形成的第三混合气体通入混合罐17中作为模拟烟气；固定床反应器20、管式炉21和恒温控制器20构成吸收装置；固定床反应器20设置在管式炉21中，管式炉21连接恒温控制器20，固定床反应器20中装有所述吸收剂，管式炉21和恒温控制器20用于加热并控制吸收剂温度；混合罐17的出口端连接固定床反应器20的入口端，用于将混合罐17中的模拟烟气输送到固定床反应器20中，通过固定床反应器20中的所述吸收剂对模拟烟气进行吸收净化反应；固定床反应器20的出口端连接烟气分析仪25，用于将经过吸收净化后的烟气通入烟气分析仪25中进行检测。优选，在第一阀15的出口端和第二阀11的第二出口端分别连通混合罐17的入口端的管路上设置第七流量计16。优选，混合罐17的出口端连接固定床反应器20的入口端的管路上设置有第三阀18。优选，固定床反应器20的出口端连接烟气分析仪25的管路上设置第四阀19。优选，固定床反应器20的出口端连接烟气分析仪25的管路上还设置第五阀23，用于将净化后的烟气分成两路，两路中的一路通过第八流量计24连接烟气分析仪25，用于控制流量进行检测，两路中的另一路直接进行排空；优选，固定床反应器20的材料为石英玻璃，内径10mm，所述吸收剂堆积高度为15mm。
如图2所示，一种赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价方法，优选采用上述的评价装置进行评价，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：将处理好的赤泥粉煤灰体系吸收剂装入固定床反应器20中，之后，先用惰性气体N2吹扫一段时间，优选一段时间为40-70分钟，优选为1小时；
步骤(2)：CO标气瓶1、O2标气瓶2、NO标气瓶3、SO2标气瓶的出口端分别连接各自的流量计(5、6、7、8的入口端，用于将CO标气、O2标气、NO标气、SO2标气配成第一混合气体，N2气瓶9的出口端连接第五流量计10的入口端，第五流量计10的出口端连接第二阀11，用于将N2气分成第一路N2气和第二路N2气；第一路N2气通入增湿装置的鼓泡塔13中的水下进行鼓泡而形成水蒸气，增湿装置出口段连接第一阀15，用于将增湿装置出口段的排出的所述水蒸气与CO标气、O2标气、NO标气和SO2标气配成的第一混合气体通过第一阀15混合成第二混合气体，第二混合气体和第二路N2气混合后形成第三混合气体；
步骤(3)：第三混合气体通入混合罐17中进行混合以形成模拟烟气；
(4)模拟烟气通入固定床反应器20，用于通过固定床反应器20中的吸收剂对模拟烟气进行吸收净化反应；固定床反应器20、管式炉21和恒温控制器20构成吸收装置；固定床反应器20设置在管式炉21中，管式炉21连接恒温控制器20，固定床反应器20中装有吸收剂，管式炉21和恒温控制器20用于加热并控制吸收剂温度；
(5)固定床反应器20的出口端连接烟气分析仪25，用于将经过吸收净化后的烟气通入烟气分析仪25中进行检测。
优选，进一步说明如下，如图2所示，本发明各部件的连接关系如下：(1)用于配制模拟烟气的标气(1-CO，2-O2，3-NO，4-SO2)分别与流量计5、6、7、8连接，按一定比例配制成混合气体，进入混合罐17；(2)系统中的增湿装置由流量计12、鼓泡塔13和低温恒温槽14组成。一定流量(流量计12控制N2流量)的N2标气通过连接三通阀11分开两路：一路N2连接增湿装置(为模拟烟气提供一定的湿度)，另一路N2作为混合气体的补充气；增湿装置出口段的气体与各标气配成的混合气体通过三通阀15混合成一路，再与补充气一起通入混合罐17，作为模拟烟气；(3)吸收装置由固定床反应器20、管式炉21和恒温控制器22连接而成；其中固定床反应器里装吸收剂，对模拟烟气进行吸收净化，管式炉和恒温控制器用于加热并控制吸收剂温度；混合罐17与吸收装置连接，混合罐17出口段的模拟烟气流经吸收装置的固定床反应器20，进行吸收反应；(4)从固定床反应器20出来的模拟烟气由三通阀18分开两路：一路是模拟烟气经过管路，直接进入烟气分析仪25进行检测；另一路是模拟烟气先经过吸收装置，再进入烟气分析仪25进行检测。(5)烟气通过吸收装置后，由三通阀23分开两路：一路通过连接流量计24来控制一定的流量，再进入烟气分析仪25进行检测，另一路直接进行排空。
赤泥粉煤灰吸收剂同时脱硫脱硝性能评价：将处理好的赤泥粉煤灰体系吸收剂装入固定床反应器20(固定床反应器由石英玻璃制作而成，内径10mm，吸收剂堆积高度为15mm)，先用惰性气体N2吹扫1小时后，通入模拟烟气混合气，其中SO2浓度400ppm，NO浓度200ppm，O2浓度16％，水蒸气浓度10％(N2瓶9将鼓泡塔13中的水于一定温度下进行鼓泡而形成一定浓度的水蒸气)，CO浓度1.4％，N2为载气，烟气吸收温度通过恒温控制器控温在120℃，烟气总流量设为6L/min。模拟烟气直接进入烟气分析仪进行检测，烟气中物质的入口浓度记为C0；模拟烟气经过固定床反应器进行吸收反应后，再通入烟气分析仪进行检测，此时系统出口段物质的浓度对应记为C，吸收剂的吸收效率为：
Figure BDA0002327621280000121
烟气吸收评价示意图装置如图2所示。赤泥粉煤灰体系低温烟气同时脱硫脱硝吸收剂的脱除效率：二氧化硫99％以上，氮氧化物88％以上。
上述实施方式，不仅限于上述实施例，而且对相关装置的其他组合亦是本发明所保护的范围上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims (10)

1.一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：分别称取一定质量的赤泥、粉煤灰和颗粒状生石灰，将赤泥于105℃～110℃下烘干3～5h，颗粒状生石灰和粉煤灰先分别研磨，并筛分至50～150目，备用；其中，优选赤泥、粉煤灰和生石灰的质量比为：7:2:1～5:4:1；
步骤(2)，将步骤(1)备用的赤泥、粉煤灰和生石灰以上述质量比加入容器中，优选为烧杯或混合器中，充分搅拌混匀，待原料反应完全并成型后，将样品转入加热炉中，优选为马弗炉或焙烧炉中，200～350℃煅烧2～5h后，取出冷却；
步骤(3)：将步骤(2)冷却后的样品，进行破碎，研磨，再用筛孔尺寸为200～300目的分样筛筛分至200～300目，得到最终的吸收剂样品，密封保存，待用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述赤泥为高钙高硅的烧结法和联合法赤泥中的一种或两种，其比表面积大，约为64～187m2/g，而且含水量的质量百分比为80％～105％；粉煤灰粒径为1～400μm，富含硅、铝、铁以及钙等元素；颗粒状生石灰粒径为1～5mm。
3.根据权利要求1-2之一所述的制备方法，其特征在于，在三种原料混合搅拌过程中，生石灰与赤泥中的水分发生反应生成Ca(OH)2，并放出大量热，使粉煤灰反应温度保持在90℃～130℃的范围，加快粉煤灰与Ca(OH)2的反应速率。
4.根据权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，在三种原料混合搅拌过程中，粉煤灰的活性组分SiO2、Al2O3，与Ca(OH)2发生火山灰反应，激发了粉煤灰的化学活性，增强了吸收剂的吸收性能。
5.根据权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，粉煤灰发生火山灰反应生成的硅酸钙、水合硅铝酸钙等物相，具有多孔结构，附着在吸收剂表面，利于对酸性气体的吸收。
6.根据权利要求1-5之一所述的制备方法，其特征在于,所述的吸收剂在低温范围，不仅可以吸收二氧化硫、氮氧化物、硫化氢、三氧化硫中的一种或多种，同时可吸收其它酸性废气，包括二氧化碳、氟化氢、氯化氢、氯气等的一种或多种气体。
7.根据权利要求1-6之一所述的制备方法，其特征在于,该吸收剂应用于处理锅炉烟气、钢铁、电力以及石油石化等行业不同工段所排放烟气中的酸性废气。
8.一种赤泥粉煤灰体系低温烟气脱硫脱硝吸收剂，其特征在于，所述低温烟气脱硫脱硝吸收剂的主要成分包括按重量百分比计的如下组分：CaO含量为19％～32％；Fe2O3含量为2.5％～5.0％；Al2O3含量为3.0％～6.3％；SiO2含量为10％～19％；TiO2含量为1.0％～2.5％；K2O含量为0.050％～0.2％；MgO含量为0.5％～1.5％；Na2O含量为1.0％～2.0％，优选其采用权利要求1-7之一所述的制备方法制备。
9.一种赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价装置，优选用于评价权利要求8所述的吸收剂的性能，所述装置包括：CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)、N2气瓶(9)、鼓泡塔(13)、低温恒温槽(14)、混合罐(17)、固定床反应器(20)、管式炉(21)、恒温控制器(22)和烟气分析仪(25)；CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)的出口端分别连接各自的流量计(5、6、7、8)的入口端，所述各自的流量计(5、6、7、8)的出口端分别连接第一阀(15)的第一入口端，用于将CO标气、O2标气、NO标气和SO2标气配成第一混合气体；CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)对应的所述各自的流量计(5、6、7、8)依次为第一流量计(5)、第二流量计(6)、第三流量计(7)和第四流量计(8)，N2气瓶(9)的出口端连接第五流量计(10)的入口端，第五流量计(10)的出口端连接第二阀(11)，第二阀(11)具有第一出口端和第二出口端，用于将N2气分成第一出口端的第一路N2气和第二出口端的第二路N2气；鼓泡塔(13)和低温恒温槽(14)组成为增湿装置，增湿装置还包括第六流量计(12)，第六流量计(12)的出口端连接鼓泡塔(13)，鼓泡塔(13)设置在低温恒温槽(14)中，第二阀(11)的第一出口端连通第六流量计(12)的入口端，用于将第一路N2气通入鼓泡塔(13)中的水中进行鼓泡而形成水蒸气，增湿装置的出口端连接第一阀(15)的第二入口端，用于将增湿装置出口端排出的所述水蒸气与所述第一混合气体通过第一阀(15)混合成第二混合气体，第一阀(15)的出口端和第二阀(11)的第二出口端分别连通混合罐(17)的入口端，用于将第二混合气体和第二路N2气混合后形成的第三混合气体通入混合罐(17)中作为模拟烟气；固定床反应器(20)、管式炉(21)和恒温控制器(20)构成吸收装置；固定床反应器(20)设置在管式炉(21)中，管式炉(21)连接恒温控制器(20)，固定床反应器(20)中装有所述吸收剂，管式炉(21)和恒温控制器(20)用于加热并控制吸收剂温度；混合罐(17)的出口端连接固定床反应器(20)的入口端，用于将混合罐(17)中的模拟烟气输送到固定床反应器(20)中，通过固定床反应器(20)中的所述吸收剂对模拟烟气进行吸收净化反应；固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)，用于将经过吸收净化后的烟气通入烟气分析仪(25)中进行检测。优选，在第一阀(15)的出口端和第二阀(11)的第二出口端分别连通混合罐(17)的入口端的管路上设置第七流量计(16)。优选，混合罐(17)的出口端连接固定床反应器(20)的入口端的管路上设置有第三阀(18)。优选，固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)的管路上设置第四阀(19)。优选，固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)的管路上还设置第五阀(23)，用于将净化后的烟气分成两路，两路中的一路通过第八流量计(24)连接烟气分析仪(25)，用于控制流量进行检测，两路中的另一路直接进行排空；优选，固定床反应器(20)的材料为石英玻璃，内径10mm，所述吸收剂堆积高度为15mm。
10.一种赤泥粉煤灰体系吸收剂脱硫脱硝性能评价方法，优选采用权利要求9所述的评价装置进行评价，所述方法包括如下步骤：
步骤(1)：将处理好的赤泥粉煤灰体系吸收剂装入固定床反应器(20)中，之后，先用惰性气体N2吹扫一段时间，优选一段时间为40-70分钟，优选为1小时；
步骤(2)：CO标气瓶(1)、O2标气瓶(2)、NO标气瓶(3)、SO2标气瓶(4)的出口端分别连接各自的流量计(5、6、7、8)的入口端，用于将CO标气、O2标气、NO标气、SO2标气配成第一混合气体，N2气瓶(9)的出口端连接第五流量计(10)的入口端，第五流量计(10)的出口端连接第二阀(11)，用于将N2气分成第一路N2气和第二路N2气；第一路N2气通入增湿装置的鼓泡塔(13)中的水下进行鼓泡而形成水蒸气，增湿装置出口段连接第一阀(15)，用于将增湿装置出口段的排出的所述水蒸气与CO标气、O2标气、NO标气和SO2标气配成的第一混合气体通过第一阀(15)混合成第二混合气体，第二混合气体和第二路N2气混合后形成第三混合气体；
步骤(3)：第三混合气体通入混合罐(17)中进行混合以形成模拟烟气；
(4)模拟烟气通入固定床反应器(20)，用于通过固定床反应器(20)中的吸收剂对模拟烟气进行吸收净化反应；固定床反应器(20)、管式炉(21)和恒温控制器(20)构成吸收装置；固定床反应器(20)设置在管式炉(21)中，管式炉(21)连接恒温控制器(20)，固定床反应器(20)中装有吸收剂，管式炉(21)和恒温控制器(20)用于加热并控制吸收剂温度；
(5)固定床反应器(20)的出口端连接烟气分析仪(25)，用于将经过吸收净化后的烟气通入烟气分析仪(25)中进行检测。
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