CN113828099A - 一种燃煤锅炉烟气净化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体净化技术领域，具体为一种燃煤锅炉烟气净化工艺，具体为利用吸附剂对烟气进行处理；所述吸附剂为高聚物改性花生壳粉，经测试，本发明提供的吸附剂的SO2吸附容量和NO吸附容量高，用于燃煤锅炉烟气净化工艺中可以极大程度上降低烟气中的含硫、含硝气体，对于中小型燃煤锅炉的烟气净化具有极大的应用前景。

Description

一种燃煤锅炉烟气净化工艺
技术领域
本发明涉及气体净化技术领域，具体为一种燃煤锅炉烟气净化工艺。
背景技术
煤炭资源作为我国工业生产中的主要能源，在全国范围内得到广泛应用。因燃煤用量的不断增加，锅炉的烟气排放量不断增多，其排出的二氧化硫、氮氧化物等污染物也逐年增多，当二氧化硫、氮氧化物溶于水中，会进一步氧化，生成硫酸，所以需对燃煤锅炉烟气进行净化处理后才能排入大气。
石灰石-石膏法是目前常用的燃煤锅炉烟气净化方式，具有脱硫脱硝率高、工艺成熟、适合所有煤种、操作稳定、运行成本低等优点，但是由于工艺流程较长，投资较高，所以并不适用于中小型燃煤锅炉。
吸附法也是一种烟气净化的方式，目前一般以活性炭吸附为主要吸附剂，但存在吸附容量低，吸附剂用量大，成本高等问题。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种燃煤锅炉烟气净化工艺。
所采用的技术方案如下：
一种燃煤锅炉烟气净化工艺：包括利用吸附剂对烟气进行处理；
所述吸附剂为高聚物改性花生壳粉。
进一步地，所述高聚物为聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺或聚(N-烷基丙烯酰胺)，所述烷基的碳原子数为1-12。
进一步地，所述高聚物为聚丙烯酰胺。
进一步地，利用吸附剂对烟气进行处理时的温度为120-140℃。
进一步地，利用吸附剂对烟气进行处理前对吸附剂进行活化；
活化方法为通入110-120℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为5-10min。
进一步地，所述吸附剂的制备方法如下：
S1：将花生壳粉浸入极性溶剂中，超声波振荡处理后，然后室温静置润胀10-15h后过滤、烘干；
S2：将烘干后的花生壳粉加入三氯氧磷溶液中，70-75℃反应1-3h，过滤并洗涤至中性，烘干；
S3：将丙烯酰胺与引发剂AIBN、螯合剂EDTA、水混合搅拌5-10min后，升温至28-32℃反应5-10min，再将花生壳粉加入，真空压力浸渍后，继续搅拌反应1-1.5h，过滤，将花生壳粉于40-45℃下继续保温反应4-8h后烘干即可。
进一步地，所述极性溶剂为DMF、DMSO或DMAC。
进一步地，所述三氯氧磷溶液的质量浓度为5-8％，溶剂为DMF、DMSO或DMAC。
进一步地，所述引发剂为含有-N＝N-键的偶氮类化合物或含有-O-O-键的过氧化物。
进一步地，真空压力浸渍操作如下：
先抽真空至真空度为0.001-0.01MPa，浸渍5-10min，再氮气加压至0.1-0.5MPa，浸渍5-10min。
本发明的有益效果：
含纤维素的农产品废弃物具有潜在的吸附性能，相比于活性炭价格低廉、来源广泛口，花生壳的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素等，其中纤维素是由D-吡喃葡萄糖酐通过过β-1,4苷键连接的立体规整性高分子化合物，发明人以花生壳粉为原料，通过溶胀、氯化、高聚物改性三步反应制备出对SO2和氮氧化物，具有良好吸附性能的吸附剂；
聚丙烯酰胺类高聚物的结构单元中含有酰胺基，通过真空压力浸渍在花生壳粉内部交联得到支链或网状结构，可以扩张花生壳粉结构中的纤维微孔，并形成内部网络，聚丙烯酰胺链上的-CONH2是以氢键为主的强吸附基团，胺基还可与SO2反应促进对其进行吸附，过热水蒸气活化后的吸附剂可以与SO2发生如下反应：
SO2+H2O→H2SO3→H++HSO3 -+-CONH2→[-CONH3 +]SO3 -
水蒸气活化可以使吸附剂充分润胀，有利于吸附剂微孔的扩张和SO2在吸附剂中的扩散，提升吸附效率；
经测试，本发明提供的吸附剂的SO2吸附容量和NO吸附容量高，用于燃煤锅炉烟气净化工艺中可以极大程度上降低烟气中的含硫、含硝气体，对于中小型燃煤锅炉的烟气净化具有极大的应用前景。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1：
一种燃煤锅炉烟气净化工艺：
通入110℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为5min；140℃下利用吸附剂对烟气进行处理，烟气流速为200mL/min；
吸附剂为聚丙烯酰胺改性花生壳粉，其制备方法如下：
将10份花生壳粉浸入50份DMF中，超声波振荡处理50min，室温静置润胀15h后过滤、烘干，氮气保护下，将烘干后的花生壳粉加入溶剂为DMF，质量浓度为7％的三氯氧磷溶液中，三氯氧磷溶液与花生壳粉质量比为10：1，75℃反应3h，过滤并洗涤至中性，烘干，将5份丙烯酰胺与0.01份引发剂AIBN、0.01份螯合剂EDTA、100份水混合搅拌5min后，升温至30℃反应10min，再将花生壳粉加入，先抽真空至真空度为0.005MPa，浸渍10min，再氮气加压至0.2MPa，浸渍10min，常压继续搅拌反应1h，过滤，将花生壳粉于45℃下继续保温反应6h后烘干即可。
实施例2：
一种燃煤锅炉烟气净化工艺：
通入120℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为10min；140℃下利用吸附剂对烟气进行处理，烟气流速为200mL/min；
吸附剂为聚丙烯酰胺改性花生壳粉，其制备方法如下：
将10份花生壳粉浸入50份DMF中，超声波振荡处理50min，室温静置润胀15h后过滤、烘干，氮气保护下，将烘干后的花生壳粉加入溶剂为DMF，质量浓度为8％的三氯氧磷溶液中，三氯氧磷溶液与花生壳粉质量比为10：1，75℃反应3h，过滤并洗涤至中性，烘干，将5份丙烯酰胺与0.01份引发剂AIBN、0.01份螯合剂EDTA、100份水混合搅拌10min后，升温至32℃反应10min，再将花生壳粉加入，先抽真空至真空度为0.01MPa，浸渍10min，再氮气加压至0.5MPa，浸渍10min，常压继续搅拌反应1.5h，过滤，将花生壳粉于45℃下继续保温反应8h后烘干即可。
实施例3：
一种燃煤锅炉烟气净化工艺：
通入110℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为5min；120℃下利用吸附剂对烟气进行处理，烟气流速为200mL/min；
吸附剂为聚丙烯酰胺改性花生壳粉，其制备方法如下：
将10份花生壳粉浸入50份DMF中，超声波振荡处理30min，室温静置润胀10h后过滤、烘干，氮气保护下，将烘干后的花生壳粉加入溶剂为DMF，质量浓度为5％的三氯氧磷溶液中，三氯氧磷溶液与花生壳粉质量比为10：1，70℃反应1h，过滤并洗涤至中性，烘干，将5份丙烯酰胺与0.01份引发剂AIBN、0.01份螯合剂EDTA、100份水混合搅拌5min后，升温至28℃反应5min，再将花生壳粉加入，先抽真空至真空度为0.001MPa，浸渍5min，再氮气加压至0.1MPa，浸渍5min，常压继续搅拌反应1h，过滤，将花生壳粉于40℃下继续保温反应4h后烘干即可。
实施例4：
一种燃煤锅炉烟气净化工艺：
通入110℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为10min；120℃下利用吸附剂对烟气进行处理，烟气流速为200mL/min；
吸附剂为聚丙烯酰胺改性花生壳粉，其制备方法如下：
将10份花生壳粉浸入50份DMF中，超声波振荡处理50min，室温静置润胀10h后过滤、烘干，氮气保护下，将烘干后的花生壳粉加入溶剂为DMF，质量浓度为8％的三氯氧磷溶液中，三氯氧磷溶液与花生壳粉质量比为10：1，70℃反应3h，过滤并洗涤至中性，烘干，将5份丙烯酰胺与0.01份引发剂AIBN、0.01份螯合剂EDTA、100份水混合搅拌5min后，升温至32℃反应5min，再将花生壳粉加入，先抽真空至真空度为0.01MPa，浸渍5min，再氮气加压至0.5MPa，浸渍5min，常压继续搅拌反应1.5h，过滤，将花生壳粉于40℃下继续保温反应8h后烘干即可。
实施例5：
一种燃煤锅炉烟气净化工艺：
通入120℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为5min；140℃下利用吸附剂对烟气进行处理，烟气流速为200mL/min；
吸附剂为聚丙烯酰胺改性花生壳粉，其制备方法如下：
将10份花生壳粉浸入50份DMF中，超声波振荡处理30min，室温静置润胀15h后过滤、烘干，氮气保护下，将烘干后的花生壳粉加入溶剂为DMF，质量浓度为5％的三氯氧磷溶液中，三氯氧磷溶液与花生壳粉质量比为10：1，75℃反应1h，过滤并洗涤至中性，烘干，将5份丙烯酰胺与0.01份引发剂AIBN、0.01份螯合剂EDTA、100份水混合搅拌10min后，升温至28℃反应10min，再将花生壳粉加入，先抽真空至真空度为0.001MPa，浸渍10min，再氮气加压至0.1MPa，浸渍10min，常压继续搅拌反应1h，过滤，将花生壳粉于45℃下继续保温反应4h后烘干即可。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，吸附剂不经过活化处理。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，将真空压力浸渍替换成常压浸渍，浸渍时间相同。
性能测试：
按照实施例1-5及对比例1-2中工艺对模拟烟气进行净化处理；
测试装置由模拟烟气供气系统、模拟烟气吸收系统和尾气分析系统组成，
供气系统提供高温模拟烟气，模拟烟气A中SO2质量浓度为500mg/m3，其余为空气；
供气系统提供高温模拟烟气，模拟烟气B中NO质量浓度为500mg/m3，其余为空气；
模拟烟气吸收系统为填充有吸附剂的石英管，石英管外设有加热设备，尾气分析系统为烟气分析仪。
SO2或NO的吸附容量定义如下：
Figure BDA0003295863960000071
式中：C为SO2或NO的吸附容量(mg/g)；Cin为反应器入口SO2或NO的体积分数(μL/L)；Cout为反应器出口SO2或NO的体积分数(μL/L)；t为反应时间，即从反应开始到反应器出口气体浓度恒定的时间(min)；V为原料气体体积流率(mL/min)；F为原料气质量浓度(mg/mL)；m为吸附剂质量(g)。
结果如下表1所示：
表1：
Figure BDA0003295863960000081
由上表1可知，经测试，本发明提供的吸附剂的SO2吸附容量和NO吸附容量高，用于燃煤锅炉烟气净化工艺中可以极大程度上降低烟气中的含硫、含硝气体，对于中小型燃煤锅炉的烟气净化具有极大的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，利用吸附剂对烟气进行处理；
所述吸附剂为高聚物改性花生壳粉。
2.如权利要求1所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，所述高聚物为聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺或聚(N-烷基丙烯酰胺)，所述烷基的碳原子数为1-12。
3.如权利要求2所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，所述高聚物为聚丙烯酰胺。
4.如权利要求1所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，利用吸附剂对烟气进行处理时的温度为120-140℃。
5.如权利要求1所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，利用吸附剂对烟气进行处理前对吸附剂进行活化；
活化方法为通入110-120℃的过热水蒸气对吸附剂进行活化，活化时间为5-10min。
6.如权利要求1所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，所述吸附剂的制备方法如下：
S1：将花生壳粉浸入极性溶剂中，超声波振荡处理后，然后室温静置润胀10-15h后过滤、烘干；
S2：将烘干后的花生壳粉加入三氯氧磷溶液中，70-75℃反应1-3h，过滤并洗涤至中性，烘干；
S3：将丙烯酰胺与引发剂AIBN、螯合剂EDTA、水混合搅拌5-10min后，升温至28-32℃反应5-10min，再将花生壳粉加入，真空压力浸渍后，继续搅拌反应1-1.5h，过滤，将花生壳粉于40-45℃下继续保温反应4-8h后烘干即可。
7.如权利要求6所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，所述极性溶剂为DMF、DMSO或DMAC。
8.如权利要求6所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，所述三氯氧磷溶液的质量浓度为5-8％，溶剂为DMF、DMSO或DMAC。
9.如权利要求6所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，所述引发剂为含有-N＝N-键的偶氮类化合物或含有-O-O-键的过氧化物。
10.如权利要求6所述的燃煤锅炉烟气净化工艺，其特征在于，真空压力浸渍操作如下：
先抽真空至真空度为0.001-0.01MPa，浸渍5-10min，再氮气加压至0.1-0.5MPa，浸渍5-10min。
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