CN111410171B - 一种煤气化合成气脱汞剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将硝酸锌和尿素分别溶于去离子水中；混合溶液中硝酸锌和尿素的摩尔浓度范围比为1:(1～10)；然后将多孔二氧化钛粉末加入；(2)将混合液进行水浴加热，硝酸锌和尿素在此条件下生成纳米氧化锌，并沉积在多孔二氧化钛粉末微孔道上；(3)真空过滤，将过滤得到的固体放置于烘箱中干燥，获得固体颗粒；(4)将单质硫和步骤(3)制得的固体颗粒按(0.01～0.3):1的质量比进行混合研磨，然后焙烧制得煤气化合成气脱汞剂。本发明制备的脱汞剂一方面实现了合成气还原性气氛下单质汞的直接脱除，另一方面脱汞剂还可以在中温条件下(150‑300℃)使用，避免了系统由于反复升温降温导致的能量损失。

Description

一种煤气化合成气脱汞剂及其制备方法
技术领域
本发明属于煤气化技术领域，特别涉及一种煤气化合成气脱汞剂及其制备方法。
背景技术
目前，传统的煤炭利用方法已经对我国环境产生严重影响，煤炭的洁净利用是能源与环境协调发展的关键。随着能源与环境问题的日益突出，对煤炭清洁利用技术的需求越来越迫切。煤气化技术通过将煤炭转化为合成气加以利用，具有清洁、高效、低污染的特点，是煤炭清洁高效利用最有效的途径。目前，国内外学者主要集中对燃煤烟气中汞的排放和控制进行研究，而对于煤气化中汞排放控制的研究较少。随着以煤气化为基础的高效煤炭利用技术的快速发展，为了控制有害微量元素汞的排放，煤气化合成气中汞的控制显得尤为重要。
煤炭利用过程中释放的汞主要以3种形态存在:颗粒态汞(Hgp)、氧化态汞(Hg2+)和单质汞(Hg0)。颗粒态汞(Hgp)可以通过微粒控制设备脱除，氧化态汞(Hg2+)可以通过湿式洗涤或SO2控制设备脱除，而单质汞不易溶解，很难用普通除尘设备脱除。传统的煤炭利用方式为煤粉燃烧过程，产生的烟气为氧化气氛，可以采用催化剂将烟气里的单质汞氧化成氧化态汞一并脱除，而煤气化产生的合成气为还原性气氛，里面的单质汞不能通过氧化成氧化态汞的方式去除，因此煤气化中对汞的脱除相对于燃煤烟气来讲，难度较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤气化合成气脱汞剂及其制备方法，以解决上述技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硝酸锌和尿素分别溶于去离子水中，然后将两种溶液混合并搅拌均匀，获得混合溶液；混合溶液中硝酸锌和尿素的摩尔浓度范围比为1:(1～10)；然后将多孔二氧化钛粉末加入到混合溶液中获得混合液；多孔二氧化钛粉末质量占混合液质量的5％～80％；
(2)将混合液进行水浴加热，硝酸锌和尿素在此条件下生成纳米氧化锌，并沉积在多孔二氧化钛粉末微孔道上；
(3)将步骤(2)反应后的混合液进行真空过滤，并用去离子水反复冲洗，直至滤液呈中性；将过滤得到的固体放置于烘箱中干燥，获得固体颗粒；
(4)将单质硫和步骤(3)制得的固体颗粒按(0.01～0.3):1的质量比进行混合研磨，然后放置于马弗炉中焙烧，焙烧氛围为氮气，制得煤气化合成气脱汞剂。
进一步的，纳米氧化锌粒径为10～50纳米。
进一步的，多孔二氧化钛粉末的平均粒径300微米，比表面积为100～300m2/g。
进一步的，步骤(3)中将过滤得到的固体放置于烘箱中120℃干燥2至4小时，获得固体颗粒。
进一步的，步骤(4)中焙烧温度为250～600℃，焙烧时间为2～4小时。
进一步的，步骤(2)中水浴加热的温度为70～100℃，水浴加热时间为2～4小时。
一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法所制备的煤气化合成气脱汞剂。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明一种煤气化合成气脱汞剂及其制备方法，所制备煤气化合成气的脱汞剂由纳米氧化锌、多孔二氧化钛和硫组成，通过硝酸锌、尿素、多空二氧化钛粉末和硫制备脱汞剂，经过测试脱汞效果良好。本发明制备的脱汞剂一方面实现了合成气还原性气氛下单质汞的直接脱除，另一方面脱汞剂还可以在中温条件下(150-300℃)使用，避免了系统由于反复升温降温导致的能量损失。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1煤气化合成气脱汞剂的制备流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
(1)称取1mol硝酸锌和3mol尿素分别溶于1000ml去离子水中，并搅拌混合均匀；将300g多孔二氧化钛粉末加入到硝酸锌和尿素混合溶液中，多孔二氧化钛粉末的平均粒径300微米，比表面积为150m2/g；
(2)将上述混合液进行水浴搅拌加热，加热温度80℃，加热时间为4小时。
(3)将步骤(2)中混合液进行真空过滤，并用去离子水反复冲洗，直至滤液呈中性。将过滤得到的固体放置于烘箱中干燥4小时，干燥温度120℃。
(4)将30g单质硫和步骤(3)制得的固体颗粒按0.05:1的质量进行混合研磨，然后放置于马弗炉中焙烧，焙烧温度4小时，焙烧温度600℃，焙烧氛围为氮气，制得脱汞剂。
将实施例1制得的脱汞剂进行脱汞效率评价，气体采用模拟煤气，即65％CO(体积分数，下同)，25％H2，5％N2，4％CO2，300ppm H2S及少量其他杂质气体，汞源采用汞渗透管，载气采用氮气，初始浓度为50微克/立方米，脱除温度为190℃，经过测试，尾气中汞含量为1.8微克/立方米，脱除率为96.4％，脱汞效果良好，实现了中温条件下还原气氛下对元素汞直接脱除的目的。
实施例2
(1)称取1mol硝酸锌和1mol尿素分别溶于1000ml去离子水中，并搅拌混合均匀；将120g多孔二氧化钛粉末加入到硝酸锌和尿素混合溶液中，多孔二氧化钛粉末的平均粒径300微米，比表面积为150m2/g；
(2)将上述混合液进行水浴搅拌加热，加热温度70℃，加热时间为3小时。
(3)将步骤(2)中混合液进行真空过滤，并用去离子水反复冲洗，直至滤液呈中性。将过滤得到的固体放置于烘箱中干燥4小时，干燥温度120℃。
(4)将30g单质硫和步骤(3)制得的固体颗粒按0.3:1的质量进行混合研磨，然后放置于马弗炉中焙烧，焙烧温度3小时，焙烧温度250℃，焙烧氛围为氮气，制得脱汞剂。
实施例3
(1)称取1mol硝酸锌和10mol尿素分别溶于1000ml去离子水中，并搅拌混合均匀；将500g多孔二氧化钛粉末加入到硝酸锌和尿素混合溶液中，多孔二氧化钛粉末的平均粒径300微米，比表面积为150m2/g；
(2)将上述混合液进行水浴搅拌加热，加热温度100℃，加热时间为2小时。
(3)将步骤(2)中混合液进行真空过滤，并用去离子水反复冲洗，直至滤液呈中性。将过滤得到的固体放置于烘箱中干燥2小时，干燥温度120℃。
(4)将30g单质硫和步骤(3)制得的固体颗粒按0.01:1的质量进行混合研磨，然后放置于马弗炉中焙烧，焙烧温度2小时，焙烧温度450℃，焙烧氛围为氮气，制得脱汞剂。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (5)

1.一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硝酸锌和尿素分别溶于去离子水中，然后将两种溶液混合并搅拌均匀，获得混合溶液；混合溶液中硝酸锌和尿素的摩尔浓度范围比为1:(1～10)；然后将多孔二氧化钛粉末加入到混合溶液中获得混合液；多孔二氧化钛粉末质量占混合液质量的5％～80％；
(2)将混合液进行水浴加热，硝酸锌和尿素在此条件下生成纳米氧化锌，并沉积在多孔二氧化钛粉末微孔道上；
(3)将步骤(2)反应后的混合液进行真空过滤，并用去离子水反复冲洗，直至滤液呈中性；将过滤得到的固体放置于烘箱中干燥，获得固体颗粒；
(4)将单质硫和步骤(3)制得的固体颗粒按(0.01～0.3):1的质量比进行混合研磨，然后放置于马弗炉中焙烧，焙烧氛围为氮气，制得煤气化合成气脱汞剂；
纳米氧化锌粒径为10～50纳米；
多孔二氧化钛粉末的平均粒径300微米，比表面积为100～300m2/g。
2.根据权利要求1所述的一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中将过滤得到的固体放置于烘箱中120℃干燥2至4小时，获得固体颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中焙烧温度为250～600℃，焙烧时间为2～4小时。
4.根据权利要求1所述的一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中水浴加热的温度为70～100℃，水浴加热时间为2～4小时。
5.权利要求1-4中任一项所述的一种煤气化合成气脱汞剂的制备方法所制备的煤气化合成气脱汞剂。
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