CN115193236A - 一种碳酸氢钠脱氯剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳酸氢钠脱氯剂及其制备方法和应用。本发明的碳酸氢钠脱氯剂的制备方法，包括如下步骤：S1：对碳酸氢钠原料进行机械球磨，得到亚微米级碳酸氢钠；S2：对亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理，得到碳酸氢钠脱氯剂。本发明制备的碳酸氢钠脱氯剂具有脱氯效率高、低温脱氯效果好等优势，易于大规模生产和工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及脱氯技术领域，尤其是涉及一种碳酸氢钠脱氯剂及其制备方法和应用。
背景技术
燃煤电厂污染物排放包括大气污染物、工业废水、烟尘等，其中大气污染物和工业废水因具有明显的扩散迁移能力从而会对生态环境造成严重危害。在燃煤电厂大气污染物实施超低排放后，脱硫废水的减量化和无害化成为零排放的环保目标。煤燃烧所产生的氯及其化合物被脱硫浆液吸收从而富集在脱硫浆液中，随着氯离子浓度的不断升高，会造成设备腐蚀、降低脱硫剂利用率和脱硫效率、增大脱硫系统能耗等问题。
脱硫废水中氯离子主要来源于烟气中的含氯化合物，降低脱硫系统氯离子浓度进而减少废水排放量的最有效途径是减少烟气中的含氯物质进入脱硫塔，即进行烟气脱氯，从而从源头减少含氯物质浓度。目前，烟气脱氯剂主要包括钙基类吸附剂和钠基类吸附剂，其中使用最为广泛的分别是Ca(OH)2和NaOH。然而，传统的脱氯剂大多存在脱氯效率低、低温脱氯效果差等缺陷。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳酸氢钠脱氯剂及其制备方法和应用，该碳酸氢钠脱氯剂具有脱氯效率高、低温脱氯效果好等优势。
本发明提供一种碳酸氢钠脱氯剂的制备方法，包括如下步骤：
S1：对碳酸氢钠原料进行机械球磨，得到亚微米级碳酸氢钠；
S2：对亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理，得到碳酸氢钠脱氯剂。
研究发现：经机械球磨和增湿处理后，脱氯剂的脱氯效率和低温脱氯效果显著提高，其原因可能在于：对碳酸氢钠原料进行机械球磨，能够明显降低碳酸氢钠的平均粒径，并提高碳酸氢钠的比表面积和孔容，进而提高脱氯剂的脱氯能力；随后，增湿处理一方面加速了氯化氢在脱氯剂表面的传输，从而加速了化学反应，另一方面还使NaHCO3电离出部分碳酸根离子，使得脱氯剂在中低温条件下分解，溶解在液膜中的氯化氢“强酸置换弱酸”，会加速CO2的析出，进而加速碳酸氢钠的活化，从而显著提高脱氯剂的脱氯效率和低温脱氯效果。
本发明对碳酸氢钠原料不作严格限制；具体地，碳酸氢钠原料的平均粒径可以为11-13μm，比表面积可以为2-3m2/g，孔容可以为0.01-0.02cm3/g。
本发明对机械球磨的具体条件不作严格限制，只要能够获得上述亚微米级碳酸氢钠即可。在一实施方式中，机械球磨采用的球磨珠可以包括直径为4-6mm的小球磨珠和直径为9-11mm的大球磨珠，其中小球磨珠与大球磨珠的质量配比为(1-5)：7。采用上述大、小尺寸的混合球磨珠进行机械球磨，有利于提高球磨效果。
进一步地，球磨珠与碳酸氢钠原料的质量配比可以为(5-10)：1；此外，机械球磨的转速可以为400-600rpm，机械球磨的时间可以为30-60min。
经上述机械球磨后，亚微米级碳酸氢钠的平均粒径达到6-7μm，比表面积达到8-9m2/g，孔容达到0.05-0.06cm3/g。
在本发明中，增湿处理所采用的溶剂可以为水；此外，可以采用本领域的常规增湿处理方式，例如可以采用水蒸气进行增湿或者采用水进行喷湿等。
本发明对增湿处理的增湿量不作严格限制；具体地，每10g亚微米级碳酸氢钠的增湿量可以为0.05-0.1mL水量。
研究发现：常规碳酸氢钠脱氯剂的脱氯温度窗口在250-400℃，该脱氯剂的脱氯机理为NaHCO3→CO2+NaOH，该类脱氯剂需要先吸热释放二氧化碳，后续才能利用氢氧化钠吸附氯化氢；然而，在对上述亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理后，脱氯剂的脱氯温度窗口可降低至100-150℃，碳酸氢钠脱氯剂的低温脱氯效果显著提高。
本发明还提供一种碳酸氢钠脱氯剂，按照上述制备方法制得。
本发明还提供上述碳酸氢钠脱氯剂在脱氯中的应用。
本发明还提供一种烟气脱氯方法，采用上述碳酸氢钠脱氯剂对烟气进行脱氯；其中，脱氯时的温度可以为100-600℃。
本发明的实施，至少具有以下优势：
1、本发明的碳酸氢钠脱氯剂生产运行成本低、经济性好，易于大规模生产和工业化应用；
2、本发明的碳酸氢钠脱氯剂在250℃以下具有优异的低温脱氯效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的NaHCO3脱氯剂的脱氯穿透率结果；
图2为本发明实施例1、对照例4和对照例5的增湿处理前后脱氯剂的HCl脱除率结果。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的碳酸氢钠脱氯剂的制备方法，步骤如下：
1、制备亚微米级碳酸氢钠
用分析天平称量NaHCO3原料10g放入行星式球磨机，保持球磨机中球磨珠与NaHCO3原料的球料比为5：1，球磨珠包括小尺寸磨珠(直径5mm)15g和大尺寸磨珠(直径10mm)35g，球磨机转速为400rpm，球磨时间为60min，制得亚微米级碳酸氢钠(即增湿前脱氯剂)。
2、制备碳酸氢钠脱氯剂
采用常规增湿器对上述亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理，控制每10g亚微米级碳酸氢钠的增湿量为0.05mL水量，制得碳酸氢钠脱氯剂(即增湿后脱氯剂)。
采用氮气吸附脱附等温线测量BET比表面积和孔容，采用激光粒度测量法测量平均粒径；结果表明：NaHCO3原料的平均粒径为11μm，比表面积为2.9m2/g，孔容为0.01cm3/g；经步骤1的机械球磨处理后，亚微米级碳酸氢钠的平均粒径为6μm，比表面积为8.9m2/g，孔容为0.05cm3/g。
在固定床吸附性能测试实验装置上验证上述脱氯剂的脱氯性能，设置固定床反应温度分别为150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃，反应总气量为500mL/min，脱氯剂用量0.05g，掺混0.5g惰性SiO2，HCl初始浓度为100ppm，脱氯时间为40min。脱氯效果采用穿透率进行评价，穿透率定义为穿过反应器在出口富集的氯离子量与测试时间内HCl中氯离子总量的比值。脱氯剂在不同温度、HCl浓度为100ppm时的穿透率结果见图1。
此外，采用HCl脱除率评价增湿前后脱氯剂的脱氯效果，HCl脱除率＝(1-穿透率)×100％；结果见图2。
实施例2
1、制备亚微米级碳酸氢钠
用分析天平称量NaHCO3原料(与实施例1相同)10g放入行星式球磨机，保持球磨机中球磨珠与NaHCO3原料的球料比为10：1，球磨珠包括小尺寸磨珠(直径4mm)30g和大尺寸磨珠(直径9mm)70g，球磨机转速为600rpm，球磨时间为30min，亚微米级碳酸氢钠。
经检测，制得的亚微米级碳酸氢钠的平均粒径为6.2μm，比表面积为8.4m2/g，孔容为0.06cm3/g。
2、制备碳酸氢钠脱氯剂
采用常规增湿器对上述亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理，控制每10g亚微米级碳酸氢钠的增湿量为0.1mL水量，制得碳酸氢钠脱氯剂。
实施例3
1、制备亚微米级碳酸氢钠
用分析天平称量NaHCO3原料(与实施例1相同)10g放入行星式球磨机，保持球磨机中球磨珠与NaHCO3原料的球料比为8：1，球磨珠包括小尺寸磨珠(直径6mm)10g和大尺寸磨珠(直径11mm)70g，球磨机转速为500rpm，球磨时间为45min，制得亚微米级碳酸氢钠。
经检测，制得的亚微米级碳酸氢钠的平均粒径为6.2μm，比表面积为8.5m2/g，孔容为0.06cm3/g。
2、制备碳酸氢钠脱氯剂
采用常规增湿器对上述亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理，控制每10g亚微米级碳酸氢钠的增湿量为0.08mL水量，制得碳酸氢钠脱氯剂。
对照例1
以实施例1制备的亚微米级碳酸氢钠作为对照。
对照例2
以实施例2制备的亚微米级碳酸氢钠作为对照。
对照例3
本对照例直接对NaHCO3原料进行增湿处理(即增湿处理前不进行机械球磨)，步骤如下：
采用常规增湿器对实施例1的NaHCO3原料(未经球磨)进行增湿处理，控制每10gNaHCO3原料的增湿量为0.05mL水量，制得碳酸氢钠脱氯剂；经检测，该碳酸氢钠脱氯剂的平均粒径为13μm，比表面积为1.4m2/g，孔容为0.01cm3/g。
对照例4
除采用CaO原料替换实施例1的NaHCO3原料之外，其余与实施例1基本相同。
对照例5
除采用Ca(OH)2原料替换实施例1的NaHCO3原料之外，其余与实施例1基本相同。
试验例1
采用实施例1方法测试各实施例和对照例脱氯剂的脱氯性能，其中固定床反应温度为150℃，结果见表1。
表1各脱氯剂的穿透率检测结果
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (10)
1.一种碳酸氢钠脱氯剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对碳酸氢钠原料进行机械球磨，得到亚微米级碳酸氢钠；
S2：对亚微米级碳酸氢钠进行增湿处理，得到碳酸氢钠脱氯剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，机械球磨采用的球磨珠包括直径为4-6mm的小球磨珠和直径为9-11mm的大球磨珠，其中小球磨珠与大球磨珠的质量配比为(1-5)：7。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，球磨珠与碳酸氢钠原料的质量配比为(5-10)：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，机械球磨的转速为400-600rpm，机械球磨的时间为30-60min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碳酸氢钠原料的平均粒径为11-13μm，比表面积为2-3m2/g，孔容为0.01-0.02cm3/g。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，亚微米级碳酸氢钠的平均粒径为6-7μm，比表面积为8-9m2/g，孔容为0.05-0.06cm3/g。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，增湿处理时，控制每10g亚微米级碳酸氢钠的增湿量为0.05-0.1mL水量。
8.一种碳酸氢钠脱氯剂，其特征在于，按照权利要求1-7任一所述的制备方法制得。
9.权利要求8所述的碳酸氢钠脱氯剂在脱氯中的应用。
10.一种烟气脱氯方法，其特征在于，采用权利要求8所述的碳酸氢钠脱氯剂对烟气进行脱氯；其中，脱氯时的温度为100-600℃。
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