CN112552598A - 一种抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料及其制备方法,该填料包含以下组分:(1)高分子聚合物基材100.0质量份;(2)碳纳米颗粒15.0‑25.0质量份;(3)短玻璃纤维10.0‑20.0质量份;(4)改性剂1.0‑2.0质量份。该填料适用于垃圾焚烧发电厂烟气处理流程中的湿法塔工艺,可及时地吸附焚烧过程中产生的二噁英,同时还可以有效地抑制焚烧炉启停炉阶段湿法塔的二噁英记忆效应,保证二噁英排放浓度在启停炉阶段仍达到环保排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧发电厂烟气处理流程中的湿法塔工艺领域,尤其涉及抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料及其制备方法。
背景技术
垃圾焚烧发电厂烟气中的二噁英是近年来世界各国普遍关心的问题,二噁英的减排及控制主要包括燃烧过程控制和后端烟气污染控制两种。燃烧过程中影响二噁英形成的因素众多,包括入炉垃圾成份、燃烧温度、助燃空气的风量、助燃空气注入位置等,燃烧过程中二噁英控制的关键措施为“3T+E”原则,即保证烟气在过量空气供给及充分湍流的条件下,燃烧温度超过850℃并停留超过2s。后端的烟气污染控制主要是对省煤器出口烟气中的二噁英污染物进行进一步的脱除处理,以减少二噁英的排放量,常见的工艺有“活性炭喷射吸附+滤袋脱除”、催化裂解等。
然而,近年来研究者们发现若烟气处理工艺流程中使用了湿法洗涤脱酸塔,在焚烧炉启停阶段,二噁英的排放量会显著增加,这主要是因为湿法塔填料常采用聚丙烯等热塑性聚合物,当烟气中二噁英浓度较高时,该种填料可吸附大量二噁英直至达到吸附平衡,然而温度的上升和二噁英浓度的下降都可以导致该种填料内已经吸附的二噁英的脱附,这种现象被称为二噁英的记忆效应。这大大增加了二噁英的控制难度,尤其是在锅炉的启动阶段,研究表明,热塑性高分子聚合物中二噁英浓度的平衡非常依赖于温度,当温度从65℃升高至90℃,聚丙烯内二噁英的脱附速率可增加10倍之多。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明的目的在于制备一种能控制湿法塔二噁英记忆效应的填料,该填料可持续吸附烟气中的二噁英,并且有效地抑制焚烧炉启停阶段的二噁英记忆效应。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料,其包括100.0质量份的高分子聚合物基材;15.0-25.0质量份的纳米碳颗粒;10.0-20.0质量份的短玻璃纤维;1.0-2.0质量份的改性组分。
进一步地,所述的填料形式可采用如下一种:特拉瑞德环、塑料花环、海尔环、阶梯环、鲍尔环、高流环、双芯球或多面空心球。所述的填料使用寿命在3-5年,其使用寿命受高分子聚合物基材老化、材料表面剥蚀及吸附容量影响,填料达到使用寿命之后可直接焚烧处理。
进一步地,所述的高分子聚合物基材为含有如下热塑性聚合物中的一种:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或聚苯基硫醚,其中优选聚丙烯。
进一步地,所述的碳纳米颗粒优选平均原始粒径小于80nm,更优选小于70nm,最优选小于60nm;它们的平均原始粒径优选大于10nm,更优选大于20nm,最优选大于30nm。
进一步地,所述的短玻璃纤维长度为3-6mm。
进一步地,所述的改性组份包含如下化合物:质量份为0.5-1.0份的润滑剂以及质量份为0.5-1.0的抗氧化剂。
进一步地,所述的润滑剂为至少含有如下一种组分:硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸丁酯、硬脂酰胺、油酰酸胺、乙撑双硬脂酰胺、脂肪酸或高熔点石蜡。
进一步地,所述的抗氧化剂为至少含有如下一种组份:二叔丁基对甲酚、烷基酚、烯基双酚、丁基化基甲苯、苯基-β-萘胺、水杨酸苯酯或烷基酚硫醚。
该填料的制备方法包括以下步骤:
步骤一:将100.0质量份高分子聚合物基材与1.0-2.0质量份改性剂混合,并等质量分为两组;
步骤二:将15.0-25.0质量份的碳纳米颗粒加入其中一组混合物,混合均匀并加热熔融,挤出后冷却切粒;
步骤三:将10.0-20.0质量份的短玻璃纤维加入另外一组混合物,混合均匀并加热熔融,挤出后冷却切粒;
步骤四:将前两步骤中的切粒产物混合均匀并加热熔融,将熔融物注入金属模腔中并持续施加压力以增加模具内熔体密度,最终形成预成型制品,模腔的形式选用说明书上文所述的填料形式。
步骤五:预成型制品冷却后进行脱模;
步骤六:脱模完成后进行相关冲压开窗操作,开出相关填料形式所要求的窗孔;
步骤七:采用磨砂设备对完成的填料表面进行拉毛处理;
步骤八:对填料成品进行切削处理。
进一步地,步骤二、步骤三所述造粒过程,采用分开进行碳纳米颗粒和短玻璃纤维与改性热塑性高分子聚合物基材的造粒,可使两者在基材中分散更加均匀。
进一步地,步骤二、步骤三所述造粒过程,采用双螺杆造粒机对物料进行加热熔融及冷却切粒,加热温度为200-230℃。
进一步地,所述的双螺杆造粒机具有具有投料速度快、混合程度高以及能耗低的优点。
进一步地,步骤四所述的注塑过程,采用往复式螺杆注塑机对物料进行加热熔融及模腔注塑,加热温度为220-250℃。
进一步地,所述的往复式螺杆注塑机具有预塑化效果好以及混炼性高的优点。
进一步地,步骤二、步骤三及步骤四所述的熔融、注塑等高温操作过程中,部分纳米碳颗粒会发生损失,但此过程中损失的一般是缺陷较多的无定形碳及碳杂质。
与常规的湿法塔填料相比,所述的填料除了含有高分子聚合物基材之外,还含有具有优越吸附性能的碳纳米颗粒,将碳纳米颗粒均匀分散至高分子聚合物基材内,在焚烧过程以及焚烧炉启停阶段,该种填料都会持续吸附烟气中的二噁英,且不会发生二噁英大量脱附的现象,同时高分子聚合物基材还可充当屏障,阻碍碳纳米颗粒对重金属污染物的吸附,保证该种填料对二噁英的选择性吸附。碳纳米颗粒的引入还可以增强耐高温性能;而短玻璃纤维可增强填料的机械性能。改性组分中的润滑剂可改善高分子聚合物料与料筒和模具的粘附性,防止并减少加工过程中的滞留物;而抗氧化剂可延缓和抑制高分子聚合物料在加工、贮存及使用过程中与空气中的氧气发生的氧化反应,增长填料的使用寿命。
附图说明
图1.实施例1中的二噁英吸附实验结果。
图2.实施例2中的二噁英吸附实验结果。
图3.实施例3中的二噁英吸附实验结果。
具体实施方式
下面,结合具体实施例对本发明的目的、技术方案及优点进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
1)制备填料:
称取100质量份的聚丙烯、0.4质量份硬脂酸钙和0.6质量份二叔丁基对甲酚,混合均匀并等质量分为两组;将20.1质量份原始平均粒径为40-50nm的碳纳米颗粒加入其中一组混合物,并采用双螺杆造粒机进行造粒,造粒过程中的加热温度为230℃;将16.4质量份长度为3-6mm的短玻璃纤维加入另外一组混合物,并采用双螺杆造粒机进行造粒,造粒过程中的加热温度为230℃。
将以上两种造粒产物混合均匀,采用往复式螺杆注塑机进行注塑,注塑过程中的加热温度为250℃,将熔融物料注入高流环模腔后持续施加压力以增加模具内熔体密度,最终形成预成型制品。冷却后脱模并冲压开窗,对成型高流环制品表面进行拉毛处理后切削得到填料A。
2)二噁英吸附实验条件:
搭建实验装置(80℃反应器,有序安装填料的支撑板两层,二噁英进、出口管路,GC-MS/MS分析仪)。开始实验,反应器进口管路持续通入二噁英浓度为6ng TEQ/m3的烟气,测试时间为90天,在测试第60天时停止实验,第65天重新开始实验,用以模拟垃圾焚烧厂锅炉的停炉、启炉,期间每5天测试一次反应器出口的二噁英浓度,结果见图1。
实施例2
1)制备填料:
称取100质量份的聚乙烯、0.7质量份硬脂酸丁酯和0.6质量份烷基酚,混合均匀并等质量分为两组;将20.1质量份原始平均粒径为40-50nm的碳纳米颗粒加入其中一组混合物,并采用双螺杆造粒机进行造粒,造粒过程中的加热温度为210℃;将13.6质量份长度为3-6mm的短玻璃纤维加入另外一组混合物,并采用双螺杆造粒机进行造粒,造粒过程中的加热温度为210℃。
将以上两种造粒产物混合均匀,采用往复式螺杆注塑机进行注塑,注塑过程中的加热温度为230℃,将熔融物料注入鲍尔环模腔后持续施加压力以增加模具内熔体密度,最终形成预成型制品。冷却后脱模冲压开窗,对成型鲍尔环制品的表面进行拉毛处理后切削得到填料B。
2)二噁英吸附实验条件同实施列1,结果见图2。
实施例3
1)制备填料:
称取100质量份的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、0.9质量份高熔点石蜡和0.5质量份烯基双酚,混合均匀并等质量分为两组;将20.1质量份原始平均粒径为40-50nm的碳纳米颗粒加入其中一组混合物,并采用双螺杆造粒机进行造粒,造粒过程中的加热温度为200℃;将19.2质量份长度为3-6mm的短玻璃纤维加入另外一组混合物,并采用双螺杆造粒机进行造粒,造粒过程中的加热温度为200℃。
将以上两种造粒产物混合均匀,采用往复式螺杆注塑机进行注塑,注塑过程中的加热温度为220℃,将熔融物料注入特拉瑞德环模腔后持续施加压力以增加模具内熔体密度,最终形成预成型制品。冷却后脱模并冲压开窗,对成型特拉瑞德环制品的表面进行拉毛处理后切削得到填料C。
2)二噁英吸附实验条件同实施列1,结果见图3。
上述实验表明,测试期间,实施例1-3均有较好的二噁英吸附效果,可达到环保排放标准,焚烧炉启停炉阶段湿法塔的二噁英记忆效应得到了有效的抑制。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料,其特征在于:
包括高分子聚合物基材、碳纳米颗粒、玻璃纤维和改性组分,所述的高分子聚合物基材、碳纳米颗粒、玻璃纤维和改性组分质量份比为100.0:(15.0-25.0):(10.0-20.0):(1.0-2.0);
填料形式采用如下一种:特拉瑞德环、塑料花环、海尔环、阶梯环、鲍尔环、高流环、双芯球或多面空心球;
所述的高分子聚合物基材为含有如下热塑性聚合物中的一种:聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜或聚苯基硫醚,其中优选聚丙烯;
所述的碳纳米颗粒平均原始粒径小于80nm,大于10nm;
所述的短玻璃纤维长度为3-6mm;
所述的改性组份包含如下化合物:质量份为0.5-1.0的润滑剂以及质量份为0.5-1.0份的抗氧化剂。
2.如权利要求1所述的抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料,其特征在于,所述的碳纳米颗粒平均原始粒径小于70nm,大于20nm。
3.如权利要求2所述的抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料,其特征在于,所述的碳纳米颗粒平均原始粒径小于60nm,大于30nm。
4.如权利要求1所述的抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料,其特征在于,所述的润滑剂为至少含有如下一种组分:硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸丁酯、硬脂酰胺、油酰酸胺、乙撑双硬脂酰胺、脂肪酸或高熔点石蜡。
5.如权利要求1所述的抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料,其特征在于,所述的抗氧化剂为至少含有如下一种组份:二叔丁基对甲酚、烷基酚、烯基双酚、丁基化基甲苯、苯基-β-萘胺、水杨酸苯酯或烷基酚硫醚。
6.一种抑制湿法塔二噁英记忆效应的填料的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:
步骤一:将100.0质量份高分子聚合物基材与1.0-2.0质量份改性剂混合,并等质量分为两组;
步骤二:将15.0-25.0质量份的碳纳米颗粒加入其中一组混合物,混合均匀并加热熔融,挤出后冷却切粒;
步骤三:将10.0-20.0质量份的短玻璃纤维加入另外一组混合物,混合均匀并加热熔融,挤出后冷却切粒;
步骤四:将前两步骤中的切粒产物混合均匀并加热熔融,将熔融物注入金属模腔中并持续施加压力以增加模具内熔体密度,最终形成预成型制品,模腔的形式选用权利要求1所述填料的填料形式;
步骤五:预成型制品冷却后进行脱模;
步骤六:脱模完成后进行相关冲压开窗操作,开出相关填料形式所要求的窗孔;
步骤七:采用磨砂设备对完成的填料表面进行拉毛处理;
步骤八:对填料成品进行切削处理。
7.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤二、步骤三所述造粒过程,采用双螺杆造粒机对物料进行加热熔融及冷却切粒,加热温度为200-230℃。
8.如权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤四所述的注塑过程,采用往复式螺杆注塑机对物料进行加热熔融及模腔注塑,加热温度为220-250℃。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210326 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |