CN115253623A - 一种脱硫剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脱硫剂及其制备方法和应用,属于烟气脱硫技术领域。本发明提供的脱硫剂包括活性组分、粘结剂和载体,以氧化物计,三者含量分别为1~10wt%、30~60wt%和30~60wt%;所述活性组分为金属氧化物,其中金属为V与稀土元素(La和/或Ce);所述粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂,第一粘结剂为拟薄水铝石和/或铝溶胶,第二粘结剂为活性溶胶,二者质量比为5~20:20~50;所述活性溶胶的制备原料包括第一金属化合物、第二金属化合物、第三金属化合物、改性化合物、水、有机溶剂和氯化氢。本发明采用特定种类的活性组分以及粘结剂,得到的脱硫剂的脱硫效率高,且循环再生成本低,循环再生利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硫技术领域,尤其涉及一种脱硫剂及其制备方法和应用。
背景技术
在烟气脱硫(Flue gas desulfurization,简称FGD)技术中,按脱硫剂的种类划分,可分为以下五种方法:以CaCO3(石灰石)为基础的钙法、以MgO为基础的镁法、以Na2SO3为基础的钠法、以NH3为基础的氨法以及以有机碱为基础的有机碱法。
因具有极高的脱硫效率以及对于负荷、煤种较强的适应性,湿式石灰石-石膏脱硫法是目前电厂应用最广泛也是最成熟的脱硫方法。但是,该方法存在设备易结垢与腐蚀的问题,且脱硫废水量大,悬浮物、重金属、氯离子以及Ca和Mg含量高,水质成弱酸性,导致脱硫废水难以处理,危害性大。此外,该方法产生的高湿烟气不利于污染物的扩散,极易导致在不良气象条件下雾霾的形成;高湿烟气携带的酸性成分还会造成腐蚀问题。
近年来,氧化镁法脱硫引起业内人士的广泛关注,氧化镁法脱硫主要有湿法和干法,湿法氧化镁脱硫虽然实现了脱硫剂的循环利用且副产硫酸,但仍存在对烟气除尘要求高、易生成氯化镁腐蚀设备等问题;而干法氧化镁脱硫存在脱硫效率低,且脱硫剂再生成本高等问题,因此仍没有得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱硫剂及其制备方法和应用,本发明提供的脱硫剂的脱硫效率高,且循环再生成本低,循环再生利用率高。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种脱硫剂,包括活性组分、粘结剂和载体,所述活性组分、粘结剂和载体均以氧化物计,所述活性组分的含量为1~10wt%,所述粘结剂的含量为30~60wt%,所述载体的含量为30~60wt%;
所述活性组分为金属氧化物,所述活性组分中金属为V与稀土元素,所述稀土元素为La和/或Ce;
所述粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂,所述第一粘结剂为拟薄水铝石和/或铝溶胶,所述第二粘结剂为活性溶胶,所述第一粘结剂和第二粘结剂的质量比为5~20:20~50;
所述活性溶胶的制备原料包括第一金属化合物、第二金属化合物、第三金属化合物、改性化合物、水、有机溶剂和氯化氢;
所述第一金属化合物为含有第一金属组分的化合物,所述第一金属组分为Ca、Zn和Mg,所述Ca、Zn和Mg的摩尔比为0.01~0.2:0.05~0.2:1,所述活性溶胶中第一金属组分的质量百分含量为5~14%;
所述第二金属化合物为含有第二金属组分的化合物,所述第二金属组分为Zr、Fe、Ni、Co、Cr、Cu和Mn中的一种或几种,所述第二金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.05~0.35:1;
所述第三金属化合物为含有第三金属组分的化合物,所述第三金属组分为K、Ru、Rh、Sr、Pt中的一种或几种,所述第三金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1;
所述改性化合物为含有改性元素的化合物,所述改性元素为P和/或B;所述改性元素与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1;
所述氯化氢与第一金属组分的摩尔比为1:3~10。
优选地,所述载体包括氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化硅、氧化锆、氧化钛、无定形硅铝、粘土、分子筛和天然多孔载体材料中的一种或几种。
优选地,所述脱硫剂的平均粒径为50~120μm,磨损指数小于5wt%/h。
本发明提供了上述技术方案所述脱硫剂的制备方法,包括以下步骤:
将载体与水混合,得到第一浆液;
将第一粘结剂与水混合,之后调节pH值至1~4,得到第二浆液;
将所述第一浆液、第二浆液、草酸钒水溶液与第二粘结剂混合,进行老化处理,得到胶体;
将所述胶体依次进行喷雾干燥和第一焙烧,得到焙烧颗粒;
将活性组分中稀土元素对应的活性金属盐与水混合,得到第三浆液;将所述焙烧颗粒于所述第三浆液中进行浸渍处理,将所得浸渍颗粒进行第二焙烧,得到脱硫剂。
优选地,所述老化处理的温度为室温~90℃,时间为10~120min。
优选地,所述喷雾干燥的过程中尾气温度为100~300℃。
优选地,所述第一焙烧的温度为450~800℃,时间为2h以上;所述第二焙烧的温度为500~800℃,时间为2h以上。
本发明提供了上述技术方案所述脱硫剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的脱硫剂在含硫烟气脱硫中的应用。
优选地,所述含硫烟气为电厂含硫烟气、干熄焦烟气、焦炉烟气和活性炭生产产生的尾气中的一种或几种;所述含硫烟气中SOX的浓度为1000~5000mg/Nm3,所述含硫烟气中氧气的体积分数为0.5~10%。
优选地,所述脱硫剂使用后还包括:将使用后的脱硫剂在还原气氛中进行再生处理;提供所述还原气氛的还原气体包括氨气、氢气、天然气和页岩气的一种或几种。
本发明中脱硫剂采用特定种类的活性组分以及粘结剂,其中,活性组分能够促进烟气中SOX与碱金属化合物(来自于氧化镁、氧化锌、氧化钙及焙烧产生的类尖晶石化合物等)反应生成硫酸盐,粘结剂的能够保持脱硫剂具有一定的抗磨损性能同时调节脱硫剂具有一定的孔分布,提高扩散性能。活性溶胶是将具有硫吸附性能的碱金属和促进硫氧化-还原的组分制备成溶胶,以溶胶的形态应用到脱硫剂制备,能够在提高脱硫剂抗磨损性能的同时,实现脱硫剂中促进氧化-还原作用金属的均匀分布。第二粘结剂中的活性金属与制备中加入到第一粘结剂中的活性金属(V以及稀土元素)充分均匀混合经焙烧后形成复合金属氧化物,可进一步提高脱硫剂的脱硫性能和氧化-还原性能。因此,本发明提供的脱硫剂具有较高的脱硫效率,且脱硫剂的循环再生成本低,循环再生利用率(相同再生时间下的脱硫效率或达到等同初次脱硫效率时所用再生时间)高,经再生后可循环利用。
附图说明
图1为采用本发明提供的脱硫剂对含硫烟气进行脱硫处理以及对使用后的脱硫剂进行再生处理的工艺流程图;
图2为对待测脱硫剂进行脱硫吸附实验所用评价装置的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种脱硫剂,包括活性组分、粘结剂和载体,所述活性组分、粘结剂和载体均以氧化物计,所述活性组分的含量为1~10wt%,所述粘结剂的含量为30~60wt%,所述载体的含量为30~60wt%;
所述活性组分为金属氧化物,所述活性组分中金属为V与稀土元素,所述稀土元素为La和/或Ce;
所述粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂,所述第一粘结剂为拟薄水铝石和/或铝溶胶,所述第二粘结剂为活性溶胶,所述第一粘结剂和第二粘结剂的质量比为5~20:20~50;
所述活性溶胶的制备原料包括第一金属化合物、第二金属化合物、第三金属化合物、改性化合物、水、有机溶剂和氯化氢;
所述第一金属化合物为含有第一金属组分的化合物,所述第一金属组分为Ca、Zn和Mg,所述Ca、Zn和Mg的摩尔比为0.01~0.2:0.05~0.2:1,所述活性溶胶中第一金属组分的质量百分含量为5~14%;
所述第二金属化合物为含有第二金属组分的化合物,所述第二金属组分为Zr、Fe、Ni、Co、Cr、Cu和Mn中的一种或几种,所述第二金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.05~0.35:1;
所述第三金属化合物为含有第三金属组分的化合物,所述第三金属组分为K、Ru、Rh、Sr、Pt中的一种或几种,所述第三金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1;
所述改性化合物为含有改性元素的化合物,所述改性元素为P和/或B;所述改性元素与第一金属组分的摩尔比为0.0005~0.01:1;
所述氯化氢与第一金属组分的摩尔比为1:3~10。
本发明提供的脱硫剂包括活性组分,以氧化物计,所述活性组分的含量为1~10wt%,优选为3~10wt%,进一步优选为7~8wt%。在本发明中,所述活性组分为金属氧化物,所述活性组分中金属为V与稀土元素,所述稀土元素为La和/或Ce,具体优选为V与Ce,或者优选为V、Ce与La;当所述活性组分中金属为V与Ce时,所述V与Ce以氧化物计,氧化铈与五氧化二钒的质量比优选为(5~8):(1~3),具体可以为5:3、6:1或8:2;当所述活性组分中金属为V、Ce与La时,所述V、Ce与La以氧化物计,氧化铈、氧化镧与五氧化二钒的质量比优选为(3~5):(0.8~1.2):(2~4),更优选为4:1:3。
本发明提供的脱硫剂包括粘结剂,以氧化物计,所述粘结剂的含量为30~60wt%,优选为35~55wt%,更优选为40~45wt%。在本发明中,所述粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂;所述第一粘结剂为拟薄水铝石和/或铝溶胶,所述第二粘结剂为活性溶胶,所述第一粘结剂和第二粘结剂的质量比为5~20:20~50,优选为5~20:25~50,具体可以为10:30、20:25或5:50。在本发明的实施例中,所述拟薄水铝石中铝含量以Al2O3计为62wt%。在本发明中,所述活性溶胶的制备原料包括第一金属化合物、第二金属化合物、第三金属化合物、改性化合物、水、有机溶剂和氯化氢。下面对所述活性溶胶的制备原料进行详细说明。
在本发明中,所述第一金属化合物为含有第一金属组分的化合物,所述第一金属组分为Ca、Zn和Mg,所述Ca、Zn和Mg的摩尔比为0.01~0.2:0.05~0.2:1,优选为0.06~0.15:0.1~0.2:1;所述活性溶胶中第一金属组分的质量百分含量为5~14%,优选为6~10%。本发明通过将Ca、Zn和Mg的摩尔比以及第一金属组分的质量百分含量控制在上述范围,一方面能够保证活性溶胶具有较好的流动性,另一方面能够使脱硫剂具有较好的脱硫和磨损性能。在本发明中,所述Ca对应的第一金属化合物优选包括氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙和碳酸氢钙中的一种或几种;所述Zn对应的第一金属化合物优选包括氧化锌、碳酸锌和氢氧化锌中的一种或几种;Mg对应的第一金属化合物优选包括氧化镁和/或氢氧化镁。
在本发明中,所述第二金属化合物为含有第二金属组分的化合物,所述第二金属组分为Zr、Fe、Ni、Co、Cr、Cu和Mn中的一种或几种,优选为Fe+Cu+Mn、Fe+Mn+Co或Fe+Cr+Co;当所述第二金属组分为Fe+Cu+Mn时,所述Fe、Cu与Mn的摩尔比优选为1:0.4~0.6:0.4~0.6,更优选为1:0.5:0.5;当所述第二金属组分为Fe+Mn+Co时,所述Fe、Mn和Co的摩尔比优选为1.5:0.5~0.7:0.8~1.0,更优选为1.5:0.6:0.9;当所述第二金属组分为Fe+Cr+Co时,所述Fe、Cr和Co的摩尔比优选为0.3:0.3~0.5:0.5~0.7,更优选为0.3:0.4:0.6。在本发明中,所述第二金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.05~0.35:1,优选为0.08~0.3:1,更优选为0.1~0.25:1。本发明将第二金属组分的种类以及含量控制在上述范围,能够在提高溶胶稳定性的同时不影响溶胶粘结性能。在本发明中,所述Zr对应的第二金属化合物优选包括四氯化锆、硫酸锆、硝酸锆、氧氯化锆、醋酸锆和异丙醇锆中的一种或几种;所述Fe对应的第二金属化合物优选包括氯化铁、硝酸铁和硝酸铁中的一种或几种;所述Ni对应的第二金属化合物优选为硝酸镍;所述Co对应的第二金属化合物优选为氯化钴;所述Cu对应的第二金属化合物优选为氯化铜和/或硝酸铜,所述Mn对应的第二金属化合物优选为氯化锰和/或硝酸锰。
在本发明中,所述第三金属化合物为含有第三金属组分的化合物,所述第三金属组分为K、Ru、Rh、Sr、Pt中的一种或几种,优选为K和Pt;当所述第三金属组分为K和Pt时,所述K和Pt的摩尔比优选为0.003:(0.00005~0.0001)。在本发明中,所述第三金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1,优选为0.0001~0.0005:1。本发明将第三金属组分的种类以及含量控制在上述范围,有利于促进SO2向SO3转化,进而有利于提高脱硫剂的脱硫效率。在本发明中,所述K对应的第三金属化合物优选包括氯化钾和/或硝酸钾;所述Ru对应的第三金属化合物优选为氯化钌;所述Rh对应的第三金属化合物优选包括氯化铑和/或硝酸铑;所述Sr对应的第三金属化合物优选为氯化锶和/或硝酸锶;所述Pt对应的第三金属化合物优选为氯铂酸和/或硝酸铂。
在本发明中,所述改性化合物为含有改性元素的化合物,所述改性元素为P和/或B;所述改性元素与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1,优选为0.0005~0.001:1。本发明将改性元素组分的种类以及含量控制在上述范围,能够提高溶胶活性,同时还能够提高溶胶稳定性,使其不容易团聚沉淀。在本发明中,所述P对应的改性化合物优选包括磷酸、亚磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和焦磷酸中的一种或几种;所述B对应的改性化合物优选包括硼酸和/或硼酸钠。
在本发明中,所述氯化氢与第一金属组分的摩尔比为1:3~10,优选为1:3~5。
在本发明中,所述有机溶剂与第一金属化合物的摩尔比优选为0.01~0.1:1,更优选为0.03~0.06:1。在本发明中,所述有机溶剂优选为醇类有机溶剂,更优选为甲醇或乙醇。
在本发明中,所述活性溶胶的制备方法优选包括以下步骤:
将第一金属化合物、第二金属化合物、水与有机溶剂混合,得到A料液;
将所述A料液与改性化合物混合,得到B料液;
将所述B料液与氯化氢水溶液混合,得到溶胶体系;
将所述溶胶体系与第三金属化合物料液混合,得到活性溶胶。
本发明第一金属化合物、第二金属化合物、水与有机溶剂混合,得到A料液。本发明优选将第一金属化合物与水混合后打浆,得到第一金属化合物料液;将第二金属化合物与水混合,得到第二金属化合物料液;然后将所述第二金属化合物料液与有机溶剂加入到所述第一金属化合物料液中,经第一搅拌混合得到A料液。在本发明中,所述第一金属化合物料液中第一金属化合物的浓度优选为25~30wt%;所述第二金属化合物料液中第二金属化合物的浓度优选为15~45wt%。在本发明中,所述第一搅拌混合优选在室温条件下进行,所述第一搅拌混合的时间优选为2~4h,更优选为3h。
得到A料液后,本发明将所述A料液与改性化合物混合,得到B料液。本发明优选向所述A料液中加入改性化合物,经第二搅拌混合得到B料液。在本发明中,所述第二搅拌混合优选在室温条件下进行,所述第二搅拌混合的时间优选为0.5~1.5h,更优选为1h。
得到B料液后,本发明将所述B料液与氯化氢水溶液混合,得到溶胶体系。在本发明中,所述氯化氢水溶液(盐酸)的浓度优选为36wt%。本发明优选向所述B料液中加入氯化氢水溶液,经第三搅拌混合得到溶胶体系。在本发明中,所述第三搅拌混合的温度优选为60~70℃,更优选为65℃;所述第三搅拌混合的时间优选为2~4h,更优选为3h。
得到溶胶体系后,本发明将所述溶胶体系与第三金属化合物料液混合,得到活性溶胶。在本发明中,所述第三金属化合物料液优选由第三金属化合物与水混合得到,所述第三金属化合物料液中第三金属化合物的浓度优选为0.2~0.3wt%。本发明优选向所述溶胶体系中加入第三金属化合物料液。
本发明提供的脱硫剂包括载体,以氧化物计,所述载体的含量为30~60wt%,优选为35~55wt%,进一步优选为45~50wt%。在本发明中,所述载体优选包括氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化硅、氧化锆、氧化钛、无定形硅铝、粘土、分子筛和天然多孔载体材料中的一种或几种,当所述载体为两种以上组分的混合物时,任意两种组分的质量比优选为(0.1~50):1,更优选为(1~10):1。在本发明中,所述分子筛优选包括A型分子筛、X型分子筛、Y型分子筛和ZSM-5型分子筛中的一种或几种,当所述分子筛为两种以上组分的混合物时,任意两种组分的质量比优选为(0.5~50):1,更优选为(1~10):1。在本发明中,所述天然多孔载体材料优选包括高岭土、蒙脱土、硅藻土和累脱土中的一种或几种,当所述天然多孔载体材料为两种以上组分的混合物时,任意两种组分的质量比优选为(0.5~50):1,更优选为(1~10):1。
在本发明中,所述脱硫剂的平均粒径优选为50~120μm,更优选为65~100μm;磨损指数优选小于5wt%/h,更优选为1.5~3wt%/h。
本发明提供了上述技术方案所述脱硫剂的制备方法,包括以下步骤:
将载体与水混合,得到第一浆液;
将第一粘结剂与水混合,之后调节pH值至1~4,得到第二浆液;
将所述第一浆液、第二浆液、草酸钒水溶液与第二粘结剂混合,进行老化处理,得到胶体;
将所述胶体依次进行喷雾干燥和第一焙烧,得到焙烧颗粒;
将活性组分中稀土元素对应的活性金属盐与水混合,得到第三浆液;将所述焙烧颗粒于所述第三浆液中进行浸渍处理,将所得浸渍颗粒进行第二焙烧,得到脱硫剂。
本发明将载体与水混合,得到第一浆液。在本发明中,所述第一浆液中载体的浓度优选为20~30wt%,更优选为25~28wt%。本发明对所述载体与水混合的方式没有特殊限定,保证载体分散均匀即可。
本发明将第一粘结剂与水混合,之后调节pH值至1~4,得到第二浆液。本发明优选采用盐酸调节pH值,所述盐酸的浓度优选为36wt%;所述pH值优选为3。在本发明中,所述第二浆液中第一粘结剂的浓度优选为5~35wt%,更优选为7~20wt%。本发明对所述第一粘结剂与水混合的方式没有特殊限定,保证第一粘结剂分散均匀即可。
得到第一浆液与第二浆液后,本发明将所述第一浆液、第二浆液、草酸钒水溶液与第二粘结剂混合,进行老化处理,得到胶体。在本发明中,以V2O5计,所述草酸钒水溶液的浓度优选为60~100g/L,更优选为70~90g/L。在本发明中,所述第一浆液、第二浆液、草酸钒水溶液与第二粘结剂混合的方式优选为:将所述第一浆液、草酸钒水溶液与第二粘结剂加入到所述第二浆液中。在本发明中,所述老化处理的温度优选室温~90℃,更优选为室温~50℃;时间优选为10~120min,更优选为20~60min;所述老化处理优选在搅拌条件下进行。
得到胶体后,本发明将所述胶体依次进行喷雾干燥和第一焙烧,得到焙烧颗粒。在本发明中,所述喷雾干燥的过程中尾气温度优选为100~300℃,更优选为150~180℃。在本发明中,所述第一焙烧的温度优选为450~800℃,更优选为450~550℃,进一步优选为450~480℃;时间优选为2h以上,更优选为2~5h,进一步优选为2~3h;所述第一焙烧优选在空气或氧气氛围中进行。在本发明中,所述焙烧颗粒的粒径优选为50~120μm。
本发明将活性组分中稀土元素对应的活性金属盐与水混合,得到第三浆液。在本发明中,稀土元素对应的活性金属盐优选为氯化盐或硝酸盐。在本发明中,以稀土氧化物计,所述第三浆液中稀土元素对应的活性金属盐的浓度优选为1~5wt%,更优选为2~3.5wt%。
得到焙烧颗粒与第三浆液后,本发明将所述焙烧颗粒于所述第三浆液中进行浸渍处理,将所得浸渍颗粒进行第二焙烧,得到脱硫剂。在本发明中,所述浸渍处理的温度优选为10~90℃,更优选为30~50℃;时间优选为20~40min,更优选为30min;所述浸渍处理优选在搅拌条件下进行。本发明优选将浸渍处理后所得浸渍颗粒干燥后再进行第二焙烧;本发明对所述干燥没有特殊限定,能够将浸渍颗粒进行充分干燥即可;所述第二焙烧的温度优选为500~800℃,更优选为500~650℃;时间优选为2h以上,更优选为2~5h,进一步优选为2~3h。
本发明提供了上述技术方案所述脱硫剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的脱硫剂在含硫烟气脱硫中的应用。在本发明中,所述含硫烟气优选为电厂含硫烟气、干熄焦烟气、焦炉烟气和活性炭生产产生的尾气中的一种或几种;所述含硫烟气中SOX的浓度优选为1000~5000mg/Nm3,更优选为1500~3000mg/Nm3;所述含硫烟气中氧气的体积分数优选为0.5~10%,更优选为0.5~8%,进一步优选为0.5~6%,更进一步优选为0.5~3%。采用本发明提供的脱硫剂对含硫烟气进行脱硫处理的过程中,脱硫剂与含硫烟气中SOX经化学吸附反应生成含有硫酸盐的复合物;本发明优选通过对使用后的脱硫剂进行再生处理,所述含有硫酸盐的复合物被还原,产生H2S气体,可以回收用于生产硫磺,经再生处理后的脱硫剂可重复使用。
图1为采用本发明提供的脱硫剂对含硫烟气进行脱硫处理以及对使用后的脱硫剂进行再生处理的工艺流程图,具体是将脱硫剂置于反应器中,将含硫烟气输送至反应器中进行脱硫处理,之后经旋风分离器分离,得到脱硫烟气,同时得到少量被烟气带出的待生脱硫剂(即使用后的脱硫剂);将反应器中的待生脱硫剂以及旋风分离器中分离后得到的待生脱硫剂输送至还原器中,将还原气体经加热炉加热后输送至还原器中,对所述待生脱硫剂进行再生处理,经再生处理后的脱硫剂可重复使用,再生处理过程中产生的H2S气体可回收再利用。
在本发明中,所述反应器优选为流化床反应器或移动床反应器;所述脱硫处理的温度优选为500~700℃,更优选为600~650℃;压力优选为0.1~0.3MPa,更优选为0.15MPa;体积空速优选为50~1250h-1,更优选为300~800h-1;所述脱硫剂在反应器内停留时间优选为5~60min,更优选为10~40min。
在本发明中,所述还原气体优选包括氨气、氢气、天然气和页岩气的一种或几种。在本发明中,所述还原器优选为流化床反应器或移动床反应器;所述再生处理的温度优选为400~600℃,更优选为500~550℃;压力优选为0.1~0.2MPa,更优选为0.15MPa;时间优选为2~30min,更优选为5~20min;体积空速优选为2500~10000h-1,更优选为4000~5000h-1。
本发明中,若无特殊说明,所用原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅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。
在本发明的以下实施例及对比例中所用乙醇的纯度为95wt%。
采用NB/SH/T 0951-2017方法测定粒度;
采用NB/SH/T 0954-2017测定表观松密度;
采用NB/SH/T 0955-2017测定孔体积;
采用NB/SH/T 0964-2017测定磨损指数;
采用美国Micromeritics公司ASAP 2405NV1.01自动吸附仪,基于低温静态氮吸附容量法,将样品在1.33×10-2Pa、300℃条件下抽真空脱气4h,以N2为吸附介质,在77.4K条件下测定样品的吸附-脱附等温线;根据BET公式计算样品的比表面积(SBET),采用BJH法计算孔径分布。
实施例1活性溶胶的制备
制备活性溶胶-1,步骤如下:
将580g氢氧化镁(Mg(OH)2)、99g氢氧化锌(Zn(OH)2)与59.2g氢氧化钙(Ca(OH)2)加入到2000g去离子水中混合打浆,得到混合料液;将162.5g三氯化铁(FeCl3)、85.2g二水氯化铜(CuCl2·2H2O)与99g四水氯化锰(MnCl2·4H2O)加入到800g去离子水中溶解,将溶解好的混合盐溶液和17.1g乙醇加入到所述混合料液中,室温(25℃)条件下搅拌3h,向所得体系中加入0.62g硼酸(H3BO3),室温条件下继续搅拌1h,向所得体系中加入239.3g盐酸(36wt%),在65℃条件下搅拌3h,得到溶胶体系;将0.05g氯铂酸(H2PtCl6)和0.22g氯化钾(KCl)在100g去离子水中溶解后加入到所述溶胶体系中,得到活性镁-锌-钙溶胶,记为活性溶胶-1。
制备活性溶胶-2,步骤如下:
将580g氢氧化镁、198g氢氧化锌与44.4g氢氧化钙加入到2000g去离子水中混合打浆,得到混合料液;将243.8g三氯化铁、118.7g四水氯化锰与214.2g六水氯化钴(CoCl3·6H2O)加入到800g去离子水中溶解,将溶解好的混合盐溶液和30.5g乙醇加入到所述混合料液中,室温(25℃)条件下搅拌3h,向所得体系中加入0.62g硼酸,室温条件下继续搅拌1h,向所得体系中加入255.5g盐酸(36wt%),在65℃条件下搅拌3h,得到溶胶体系;将0.026g氯铂酸和0.22g氯化钾在100g去离子水中溶解后加入到所述溶胶体系中,得到活性镁-锌-钙溶胶,记为活性溶胶-2。
制备活性溶胶-3,步骤如下:
将580g氢氧化镁、99g氢氧化锌与111g氢氧化钙加入到2000g去离子水中混合打浆,得到混合料液;将48.8g三氯化铁、63.4g三氯化铬(CrCl3)和142.8g六水氯化钴(CoCl3·6H2O)加入到800g去离子水中溶解,将溶解好的混合盐溶液和36.3g乙醇加入到所述混合料液中,室温(25℃)条件下搅拌3h,向所得体系中加入0.62g硼酸,室温条件下继续搅拌1h,向所得体系中加入380.2g盐酸(36wt%),在65℃条件下搅拌3h,得到溶胶体系;将0.05g氯铂酸和0.22g氯化钾在100g去离子水中溶解后加入到所述溶胶体系中,得到活性镁-锌-钙溶胶,记为活性溶胶-3。
实施例2
制备脱硫剂,步骤如下:
将520g氧化镁加入到1200g去离子水中,分散均匀,得到第一浆液;
将161.3g拟薄水铝石(铝含量以Al2O3计为62wt%)加入到900g去离子水中,采用质量分数为36%的盐酸将所得混合物的pH值调节至3,得到第二浆液;
将所述第一浆液、375mL草酸钒溶液(以V2O5计浓度为80g/L)和1866.6g活性溶胶-1加入到所述第二浆液中,室温条件下搅拌20min,得到胶体;
将所述胶体进行喷雾干燥,所述喷雾干燥过程中尾气温度为180℃,得到微球状的固体颗粒,粒径为50~120μm;
将所述固体颗粒在空气气氛中于450℃条件下焙烧2h,得到焙烧颗粒;
将111.1g七水氯化铈(CeCl3·7H2O)与4000g去离子水混合,搅拌溶解后加入1000g所述焙烧微球(含水率为5%),在30℃、搅拌条件下浸渍处理30min,之后过滤,将所得固体物料烘干,并在空气气氛中于500℃条件下焙烧2h,得到脱硫剂,记为RS-1。
实施例3
制备脱硫剂,步骤如下:
将480g氧化镁加入到1200g去离子水中,分散均匀,得到第一浆液;
将322.6g拟薄水铝石(铝含量以Al2O3计为62wt%)加入到1000g去离子水中,采用质量分数为36%的盐酸将所得混合物的pH值调节至2.5,得到第二浆液;
将所述第一浆液、125mL草酸钒溶液(以V2O5计浓度为80g/L)和1375.7g活性溶胶-1加入到所述第二浆液中,50℃条件下搅拌60min,得到胶体;
将所述胶体进行喷雾干燥,所述喷雾干燥过程中尾气温度为180℃,得到微球状的固体颗粒,粒径为50~120μm;
将所述固体颗粒在空气气氛中于450℃条件下焙烧2h,得到焙烧颗粒;
将133.3g七水氯化铈(CeCl3·7H2O)与4000g去离子水混合,搅拌溶解后加入989.5g所述焙烧微球(含水率为5%),在30℃、搅拌条件下浸渍处理30min,之后过滤,将所得固体物料烘干,并在空气气氛中于500℃条件下焙烧2h,得到脱硫剂,记为RS-2。
实施例4
制备脱硫剂,步骤如下:
将350g氧化镁加入到900g去离子水中,分散均匀,得到第一浆液;
将80.65g拟薄水铝石(铝含量以Al2O3计为62wt%)加入到500g去离子水中,采用质量分数为36%的盐酸将所得混合物的pH值调节至2,得到第二浆液;
将所述第一浆液、250mL草酸钒溶液(以V2O5计浓度为80g/L)和2931.2g活性溶胶-1加入到所述第二浆液中,室温条件下搅拌60min,得到胶体;
将所述胶体进行喷雾干燥,所述喷雾干燥过程中尾气温度为180℃,得到微球状的固体颗粒,粒径为50~120μm;
将所述固体颗粒在空气气氛中于450℃条件下焙烧2h,得到焙烧颗粒;
将177.7g七水氯化铈(CeCl3·7H2O)与4000g去离子水混合,搅拌溶解后加入968.4g所述焙烧微球(含水率为5%),在30℃、搅拌条件下浸渍处理30min,之后过滤,将所得固体物料烘干,并在空气气氛中于500℃条件下焙烧2h,得到脱硫剂,记为RS-3。
实施例5
制备脱硫剂,步骤如下:
将390g氧化镁加入到1200g去离子水中,分散均匀,得到第一浆液;
将241.9g拟薄水铝石(铝含量以Al2O3计为62wt%)加入到1000g去离子水中,采用质量分数为36%的盐酸将所得混合物的pH值调节至3,得到第二浆液;
将所述第一浆液、375mL草酸钒溶液(以V2O5计浓度为80g/L)和2177.7g活性溶胶-1加入到所述第二浆液中,30℃条件下搅拌50min,得到胶体;
将所述胶体进行喷雾干燥,所述喷雾干燥过程中尾气温度为180℃,得到微球状的固体颗粒,粒径为50~120μm;
将所述固体颗粒在空气气氛中于450℃条件下焙烧2h,得到焙烧颗粒;
将133.3g七水氯化铈(CeCl3·7H2O)、45.7g七水氯化镧(LaCl3·7H2O)与4000g去离子水混合,搅拌溶解后加入968.4g所述焙烧微球(含水率为5%),在30℃、搅拌条件下浸渍处理30min,之后过滤,将所得固体物料烘干,并在空气气氛中于500℃条件下焙烧2h,得到脱硫剂,记为RS-4。
对比例1
将71.5g三氯化铁(FeCl3)、37.5g二水氯化铜(CuCl2·2H2O)与43.5g四水氯化锰(MnCl2·4H2O)加入到400g去离子水中溶解,得到第一浆液;
将696g氧化镁、35.6g氧化锌和19.7g氧化钙加入到1800g去离子水中,分散均匀,得到第二浆液;
将161.3g拟薄水铝石加入到1000g去离子水中,采用质量分数为36%的盐酸将所得混合物的pH值调节至3,加入硼酸0.27g,搅拌30min,得到第三浆液;
将0.023g氯铂酸(H2PtCl6)和0.1g氯化钾(KCl)在100g去离子水中溶解,得到第四浆液;
将所述第一浆液、第二浆液、第四浆液和375mL草酸钒溶液(以V2O5计浓度为80g/L)加入到所述第三浆液中,室温条件下搅拌20min,得到胶体;
将所述胶体进行喷雾干燥,尾气温度为180℃,得到微球状的固体颗粒,粒径为50~120μm;
将所述固体颗粒在空气气氛中于450℃条件下焙烧2h,得到焙烧颗粒;
将111.1g氯化铈与4000g去离子水混合,搅拌溶解后加入1000g所述焙烧微球(含水率为5%),在30℃、搅拌条件下浸渍处理30min,之后过滤,将所得固体物料烘干,并在空气气氛中于500℃条件下焙烧2h,得到脱硫剂,记为DB-1(所述DB-1的化学组成与RS-1的化学组成相同)。
对比例2
将285g氯化镁、81.6氯化锌、20g氯化钙、73.1g三氯化铁(FeCl3)、64.3g六水氯化钴(CoCl3·6H2O)与35.6g四水氯化锰(MnCl2·4H2O)加入到800g去离子水中溶解,得到第一浆液;
将480g氧化镁加入到1200g去离子水中,分散均匀,得到第二浆液;
将322.6g拟薄水铝石加入到1000g去离子水中,采用质量分数为36%的盐酸将所得混合物的pH值调节至2.5,加入硼酸0.62g,搅拌30min,得到第三浆液;
将0.008g氯铂酸(H2PtCl6)和0.067g氯化钾(KCl)在100g去离子水中溶解,得到第四浆液;
将所述第一浆液、第二浆液、第四浆液和125mL草酸钒溶液(以V2O5计浓度为80g/L)加入到所述第三浆液中,50℃条件下搅拌60min,得到胶体;
将所述胶体进行喷雾干燥,尾气温度为180℃,得到微球状的固体颗粒,粒径为50~120μm;
将所述固体颗粒在空气气氛中于450℃条件下焙烧2h,得到焙烧颗粒;
将133.3g氯化铈与4000g去离子水混合,搅拌溶解后加入989.5g所述焙烧微球(含水率为5%),在30℃、搅拌条件下浸渍处理30min,之后过滤,将所得固体物料烘干,并在空气气氛中于500℃条件下焙烧2h,得到脱硫剂,记为DB-2(所述DB-2的化学组成与RS-2的化学组成相同)。
测试例
对各实施例以及对比例制备的脱硫剂的物化性能进行测试,结果如表1所示。由表1可知,利用活性溶胶制备的脱硫剂具有更高的比表面积和更好的磨损性能。
表1脱硫剂物化性能评价结果
样品种类 | RS-1 | RS-2 | RS-3 | RS-4 | DB-1 | DB-2 |
平均粒径(μm) | 70 | 75 | 90 | 85 | 72 | 80 |
孔体积(g/mL) | 0.38 | 0.36 | 0.30 | 0.36 | 0.45 | 0.38 |
表观松密度(mL/g) | 0.92 | 0.93 | 1.00 | 0.94 | 0.79 | 1.01 |
磨损指数(%h<sup>-1</sup>) | 2.9 | 1.9 | 1.3 | 1.8 | 11.2 | 8.6 |
比表面积(m<sup>2</sup>/g) | 230 | 210 | 180 | 228 | 161 | 141 |
将各实施例以及对比例制备的脱硫剂新鲜剂和经700℃、100%水蒸气老化4h后所得脱硫剂老化剂作为待测脱硫剂,在图2所示评价装置上进行脱硫吸附试验,以对脱硫剂新鲜剂和脱硫剂老化剂的性能进行评价,具体如下:
取5g制备好的待测脱硫剂,置于内径为20mm的石英管固定床反应器中,脱硫剂床层两端采用石英棉和石英砂进行填充,使脱硫剂床层固定于反应器中部恒温段,脱硫剂床层温度由热电偶控制;对待测脱硫剂进行预处理和评价的过程具体为:(1)反应器温度(650℃)稳定后,首先在N2氛围下对待测脱硫剂预处理60min,充分去除待测脱硫剂表面的吸附物种;(2)预处理后,通入含SOX的模拟烟气60min,利用在线红外分析仪分析实时吸附后气体中SOX的浓度,以吸附60min时SOX浓度计算脱硫效率;(3)随后通入还原气体,在还原器中进行再生;(4)再次通入含SOX的模拟烟气进行再生后脱硫性能评价,利用在线红外分析仪分析实时吸附后气体中SOX的浓度,以吸附60min时SOX浓度计算再生后脱硫效率。
表2为在评价装置上进行脱硫吸附试验的条件以及各实施例以及对比例制备的脱硫剂的脱硫结果。
表2脱硫吸附试验的条件及脱硫结果
由表2可知,本发明利用活性溶胶制备的脱硫剂在具有好磨损性能的同时还具有较好的脱硫性能,且脱硫剂水热性能稳定、还原再生能力强,新鲜剂、老化剂及再生剂均可以将烟气中SOX脱除95%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种脱硫剂,其特征在于,包括活性组分、粘结剂和载体,所述活性组分、粘结剂和载体均以氧化物计,所述活性组分的含量为1~10wt%,所述粘结剂的含量为30~60wt%,所述载体的含量为30~60wt%;
所述活性组分为金属氧化物,所述活性组分中金属为V与稀土元素,所述稀土元素为La和/或Ce;
所述粘结剂包括第一粘结剂和第二粘结剂,所述第一粘结剂为拟薄水铝石和/或铝溶胶,所述第二粘结剂为活性溶胶,所述第一粘结剂和第二粘结剂的质量比为5~20:20~50;
所述活性溶胶的制备原料包括第一金属化合物、第二金属化合物、第三金属化合物、改性化合物、水、有机溶剂和氯化氢;
所述第一金属化合物为含有第一金属组分的化合物,所述第一金属组分为Ca、Zn和Mg,所述Ca、Zn和Mg的摩尔比为0.01~0.2:0.05~0.2:1,所述活性溶胶中第一金属组分的质量百分含量为5~14%;
所述第二金属化合物为含有第二金属组分的化合物,所述第二金属组分为Zr、Fe、Ni、Co、Cr、Cu和Mn中的一种或几种,所述第二金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.05~0.35:1;
所述第三金属化合物为含有第三金属组分的化合物,所述第三金属组分为K、Ru、Rh、Sr、Pt中的一种或几种,所述第三金属组分与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1;
所述改性化合物为含有改性元素的化合物,所述改性元素为P和/或B;所述改性元素与第一金属组分的摩尔比为0.0001~0.001:1;
所述氯化氢与第一金属组分的摩尔比为1:3~10。
2.根据权利要求1所述的脱硫剂,其特征在于,所述载体包括氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化硅、氧化锆、氧化钛、无定形硅铝、粘土、分子筛和天然多孔载体材料中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的脱硫剂,其特征在于,所述脱硫剂的平均粒径为50~120μm,磨损指数小于5wt%/h。
4.权利要求1~3任一项所述脱硫剂的制备方法,包括以下步骤:
将载体与水混合,得到第一浆液;
将第一粘结剂与水混合,之后调节pH值至1~4,得到第二浆液;
将所述第一浆液、第二浆液、草酸钒水溶液与第二粘结剂混合,进行老化处理,得到胶体;
将所述胶体依次进行喷雾干燥和第一焙烧,得到焙烧颗粒;
将活性组分中稀土元素对应的活性金属盐与水混合,得到第三浆液;将所述焙烧颗粒于所述第三浆液中进行浸渍处理,将所得浸渍颗粒进行第二焙烧,得到脱硫剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述老化处理的温度为室温~90℃,时间为10~120min。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述喷雾干燥的过程中尾气温度为100~300℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述第一焙烧的温度为450~800℃,时间为2h以上;所述第二焙烧的温度为500~800℃,时间为2h以上。
8.权利要求1~3任一项所述脱硫剂或权利要求4~7任一项所述制备方法制备得到的脱硫剂在含硫烟气脱硫中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述含硫烟气为电厂含硫烟气、干熄焦烟气、焦炉烟气和活性炭生产产生的尾气中的一种或几种;所述含硫烟气中SOX的浓度为1000~5000mg/Nm3,所述含硫烟气中氧气的体积分数为0.5~10%。
10.根据权利要求8或9所述的应用,其特征在于,所述脱硫剂使用后还包括:将使用后的脱硫剂在还原气氛中进行再生处理;提供所述还原气氛的还原气体包括氨气、氢气、天然气和页岩气的一种或几种。
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