CN115477962A - 一种脱氯组合物、包含该脱氯组合物的高温烟气脱氯剂及其制备方法 - Google Patents

一种脱氯组合物、包含该脱氯组合物的高温烟气脱氯剂及其制备方法 Download PDF

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齐文义
管小伟
郝代军
李小苗
张刚
黄延召
秦艳
孟学峰
邓向军
周亮
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Abstract

本发明公开了一种脱氯组合物、包含该脱氯组合物的高温烟气脱氯剂及其制备方法，脱氯组合物由以下重量百分比的原料组成：赤泥5～45％、白泥10～60％以及电石渣15～70％。高温烟气脱氯剂由粘结剂、扩孔剂以及上述脱氯组合物组成。本发明利用固体废弃物赤泥、白泥和电石渣作为主要材料制备脱氯剂，在实现固废综合利用的同时，还能降低脱氯剂成本。同时该脱氯剂具有氯容高、吸附能力强等优点，适用于高温烟气脱氯。

Description

一种脱氯组合物、包含该脱氯组合物的高温烟气脱氯剂及其 制备方法
技术领域
本发明涉及气相脱氯技术领域，具体涉及一种脱氯组合物、包含该脱氯组合物的高温烟气脱氯剂及其制备方法。
背景技术
随着经济的快速发展，含氯废弃物(如化工企业的含氯废气、废液和城市生活垃圾等)年产生量不断增加。目前处理这类废弃物的方法主要包括填埋法和焚烧法，其中焚烧法具有减量化、无害化和资源化的优点，近年来被广泛使用。但从环保角度考虑，焚烧法处理废弃物产生的含氯烟气会对设备造成腐蚀，并且焚烧烟气经多级换热降温后(低于300～400℃)存在生成二噁英等有毒物质的风险，会进一步危害生态环境。因此，对高温焚烧烟气进行脱氯处理具有重要意义。
白泥是工业制碱和碱处理过程中排放的碱性废渣，主要成分为CaCO3和CaCl2；赤泥是炼铝行业产生的碱性废渣，含有多种金属氧化物，如Fe2O3、CaO、NaO、MgO等，并含有大量SiO2、Al2O3等物质，可起到骨架支撑作用；电石渣是电石水解获取乙炔气过程中产生的残渣，其主要成分为Ca(OH)2，并还有少量CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2等。白泥、赤泥和电石渣这三种工业固体废弃物含有大量的钙基物质，是优良的脱氯材料，以其制备脱氯剂，可以实现以废治废，具有极大的意义。
参考文献1：《以赤泥和熟石灰为活性组分制备高炉炉顶煤气脱氯剂》，作者：胡学武。
参考文献1公开了一种脱氯剂，该脱氯剂以熟石灰为主要活性组分，以氧化铷为活性助剂，同时掺杂少量赤泥。其中赤泥含量较低，约为15％。该脱氯剂活性温度约为150℃，不适用于高温烟气脱氯。
参考文献2：《钙基废弃物对生物质燃烧脱氯的影响》，作者：李诗杰。
参考文献2公开了一种赤泥、白泥、电石渣三种钙基废弃物分别作为脱氯剂脱除生物质燃烧烟气中氯化氢，结果表明这三种物质均为优良的高温脱氯材料。但该论文并未对三种钙基废弃物进行处理，且未考察三种物质的联合使用，其氯容较低。
参考文献3：专利公开号为CN202110718423.7的中国专利文献。
参考文献3公开了一种用于高炉煤气的脱氯剂，该脱氯剂主要由氢氧化钙、碳酸钙和载体材料组成，并添加了少量氧化锌、赤泥和电石渣，其中赤泥和电石渣含量均不到10％，造价较高。另外，该脱氯剂主要适用于低温烟气脱氯(20～150℃)，不适用于高温烟气脱氯。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术中存在的问题，提供一种脱氯组合物、包含该脱氯组合物的高温烟气脱氯剂及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种脱氯组合物，由以下重量百分比的原料组成：赤泥5～45％、白泥10～60％以及电石渣15～70％。
作为本发明一种脱氯组合物的进一步优化：所述赤泥为拜耳法赤泥或联合法赤泥。
一种高温烟气脱氯剂，由粘结剂、扩孔剂以及上述脱氯组合物组成。
作为本发明高温烟气脱氯剂的进一步优化：脱氯剂为粒径0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
作为本发明高温烟气脱氯剂的进一步优化：所述粘结剂为铝溶胶、硅溶胶、甲基纤维素、高岭土和凹凸棒土中的至少一种。
作为本发明高温烟气脱氯剂的进一步优化：所述扩孔剂为聚乙二醇、尿素、椰壳和木屑中的至少一种。
作为本发明高温烟气脱氯剂的进一步优化：由以下重量百分比的原料组成：赤泥5～45％、白泥10～60％、电石渣15～70％、粘结剂3～20％以及扩孔剂2～15％。
作为本发明高温烟气脱氯剂的进一步优化：由以下重量百分比的原料组成：赤泥15～30％、白泥20～45％、电石渣25～55％、粘结剂5～15％以及扩孔剂4～10％。
一种高温烟气脱氯剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例取赤泥、白泥、电石渣、粘结剂以及扩孔剂，将赤泥、白泥和电石渣破碎过筛后干燥至恒重，备用；
2)将赤泥和电石渣加入蒸馏水中机械混合均匀，得到第一混合料；
3)将白泥加入蒸馏水中搅拌均匀，然后滴加稀酸至无气泡生成，再加入碱液调节pH至8～11，得到白泥浆液；
4)将白泥浆液加入至第一混合料中，搅拌均匀后得到第二混合料；
5)向第二混合料中加入粘结剂和扩孔剂，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌后得到第三混合料；
6)将第三混合料加入反应釜中，加热反应得到脱氯剂凝胶；
7)将脱氯剂凝胶干燥、煅烧后制得脱氯剂。
作为本发明一种高温烟气脱氯剂的制备方法的进一步优化：将赤泥、白泥和电石渣破碎、筛分至100μm以下。
作为本发明一种高温烟气脱氯剂的制备方法的进一步优化：所述稀酸为硝酸、盐酸、磷酸和乙酸中的至少一种，稀酸浓度为10mol/L。
作为本发明一种高温烟气脱氯剂的制备方法的进一步优化：所述碱液为NaOH溶液和KOH溶液中的至少一种，碱液浓度为2mol/L。
作为本发明一种高温烟气脱氯剂的制备方法的进一步优化：将第三混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，在0.1～2.1MPa、60～120℃下反应2～8h，得到脱氯剂凝胶。
作为本发明一种高温烟气脱氯剂的制备方法的进一步优化：将脱氯剂凝胶于90～130℃干燥2～5h后，在350～650℃温度下煅烧2～6h，制得脱氯剂。
本发明具有以下有益效果：本发明利用固体废弃物赤泥、白泥和电石渣作为主要材料制备脱氯剂，在实现固废综合利用的同时，降低脱氯剂成本。同时该脱氯剂具有氯容高、吸附能力强等优点，适用于高温烟气脱氯。
附图说明
图1为实施例1-6制备得到脱氯剂的穿透氯容图；
图2为实施例1和对比例1制备得到脱氯剂的穿透氯容图；
图3为实施例2和对比例2制备得到脱氯剂的穿透氯容图；
图4为实施例3和对比例3制备得到脱氯剂的穿透氯容图；
图5为实施例4和对比例4制备得到脱氯剂的穿透氯容图；
图6为实施例5和对比例5制备得到脱氯剂的穿透氯容图；
图7为实施例1制备得到脱氯剂的实物照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。
<实施例1>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取14g赤泥和47g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取26g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L盐酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L NaOH溶液，至pH为8。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入13g高岭土和7g聚乙二醇，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于1.3MPa、80℃下反应2.5h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于110℃干燥3h后，于500℃煅烧3.5h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂，实物照片如图7所示。
<实施例2>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取27g赤泥和30g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取31g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L硝酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L KOH溶液，至pH为11。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入12g硅溶胶和10g尿素，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于0.5MPa、110℃下反应6h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于100℃干燥4h后，于450℃煅烧5h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂
<实施例3>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取23g赤泥和52g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取17g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L乙酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L KOH溶液，至pH为10。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入8g凹凸棒土和5g椰壳，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于2.0MPa、60℃下反应4.5h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于125℃干燥2.5h后，于650℃煅烧2h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<实施例4>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取10g赤泥和36g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取39g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L硝酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L NaOH溶液，至pH为9。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入15g凹凸棒土和4g椰壳，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于0.2MPa、120℃下反应8h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于90℃干燥5h后，于550℃煅烧4h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<实施例5>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取26g赤泥和25g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取44g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L盐酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L KOH溶液，至pH为10。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入5g甲基纤维素和8g尿素，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于1.7MPa、75℃下反应5h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于105℃干燥3.5h后，于400℃煅烧3h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<实施例6>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取19g赤泥和49g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取22g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L乙酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L NaOH溶液，至pH为8～11。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入10g铝溶胶和7g木屑，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于0.9MPa、105℃下反应7h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于130℃干燥2h后，于600℃煅烧2.5h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<对比例1>
将白泥、电石渣两种种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取54g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取33g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L盐酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L NaOH溶液，至pH为8。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入13g高岭土和7g聚乙二醇，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于1.3MPa、80℃下反应2.5h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于110℃干燥3h后，于500℃煅烧3.5h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<对比例2>
将赤泥、白泥两种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取42g赤泥于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取46g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L硝酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L KOH溶液，至pH为11。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入12g硅溶胶和10g尿素，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于0.5MPa、110℃下反应6h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于100℃干燥4h后，于450℃煅烧5h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<对比例3>
将赤泥、电石渣两种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取32g赤泥和60g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。向烧杯1中加入8g凹凸棒土和5g椰壳，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于2.0MPa、60℃下反应4.5h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于125℃干燥2.5h后，于650℃煅烧2h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<对比例4>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取10g赤泥和36g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取39g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L硝酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L NaOH溶液，至pH为9。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入15g凹凸棒土和4g椰壳，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料于90℃干燥5h后，于550℃煅烧4h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<对比例5>
将赤泥、白泥、电石渣三种原料破碎、筛分至100μm以下，干燥至恒重。称取26g赤泥和25g电石渣于烧杯1中，加入适量蒸馏水后机械混合均匀。称取44g白泥于烧杯2中，加入等质量的蒸馏水制得白泥浆液，随后滴加适量10mol/L盐酸溶液至无气泡生成，并加入适量2mol/L KOH溶液，至pH为10。将烧杯2中的白泥浆液加入至烧杯1中，加入5g甲基纤维素和8g尿素，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌6h。将烧杯1中的混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，于2.5MPa、150℃下反应10h，得到脱氯剂凝胶。将脱氯剂凝胶于105℃干燥3.5h后，于400℃煅烧3h，制得粒径为0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
<脱氯性能比对>
采用如下方法对脱氯剂性能进行测试：将实施例1-6以及对比例1-5制备得到的脱氯剂分别置于固定床评价装置中，入口烟气中HCl浓度为2000ppm，空度为6000h-1，反应温度为300～800℃，所得结果如图1-6所示。
由图1可以看出：本发明制备的脱氯剂在400～800℃反应温度内穿透氯容均高于32％，并且在550～600℃反应温度内高于40％，其中实施例5制得的脱氯剂在500～700℃反应温度内穿透氯容高于40％，在550℃下穿透氯容最高，可达到43.8％。
由图2-6可以看出：
对比实施例1和对比例1的脱氯效果，对比例1中的脱氯剂制备过程未添加赤泥，最高穿透氯容由41.2％降至26.0％。
对比实施例2和对比例2的脱氯效果，对比例2中的脱氯剂制备过程未添加电石渣，最高穿透氯容由42.0％降至24.0％。
对比实施例3和对比例3的脱氯效果，对比例3中的脱氯剂制备过程未添加白泥，最高穿透氯容由42.2％降至23.5％。
对比实施例4和对比例4的脱氯效果，对比例4中的脱氯剂制备过程未经高压反应釜处理，最高穿透氯容由40.9％降至20.4％。
对比实施例5和对比例5的脱氯效果，对比例5中的脱氯剂制备过程中调整高压反应釜处理条件，采用高压高温处理，最高穿透氯容由42.0％降至33.5％。
这是由于本发明的脱氯剂制备过程中，在水热合成时，赤泥、白泥和电石渣中的Ca在赤泥中的SiO2和Al2O3上形成了凝胶状水化硅酸物和水化铝酸物，具有较大的比表面积，另外，赤泥中的Fe、Mg、Cu等物质会与Ca形成复合纳米材料，对脱氯剂活性起到激发作用，从而提高脱氯剂吸附反应活性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (14)

1.一种脱氯组合物，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：赤泥5～45％、白泥10～60％以及电石渣15～70％。
2.如权利要求1所述脱氯组合物，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥或联合法赤泥。
3.一种高温烟气脱氯剂，其特征在于，由粘结剂、扩孔剂以及权利要求1或2所述脱氯组合物组成。
4.如权利要求3所述高温烟气脱氯剂，其特征在于，为粒径0.5～2.5mm的球状脱氯剂。
5.如权利要求3所述高温烟气脱氯剂，其特征在于，所述粘结剂为铝溶胶、硅溶胶、甲基纤维素、高岭土和凹凸棒土中的至少一种。
6.如权利要求3所述高温烟气脱氯剂，其特征在于，所述扩孔剂为聚乙二醇、尿素、椰壳和木屑中的至少一种。
7.如权利要求3-6中任一权利要求所述高温烟气脱氯剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：赤泥5～45％、白泥10～60％、电石渣15～70％、粘结剂3～20％以及扩孔剂2～15％。
8.如权利要求7所述高温烟气脱氯剂，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：赤泥15～30％、白泥20～45％、电石渣25～55％、粘结剂5～15％以及扩孔剂4～10％。
9.一种高温烟气脱氯剂的制备方法，其特征在于，为权利要求3-8中任一权利要求所述高温烟气脱氯剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例取赤泥、白泥、电石渣、粘结剂以及扩孔剂，将赤泥、白泥和电石渣破碎过筛后干燥至恒重，备用；
2)将赤泥和电石渣加入蒸馏水中机械混合均匀，得到第一混合料；
3)将白泥加入蒸馏水中搅拌均匀，然后滴加稀酸至无气泡生成，再加入碱液调节pH至8～11，得到白泥浆液；
4)将白泥浆液加入至第一混合料中，搅拌均匀后得到第二混合料；
5)向第二混合料中加入粘结剂和扩孔剂，并加入蒸馏水至总固液比为1:8，搅拌后得到第三混合料；
6)将第三混合料加入反应釜中，加热反应得到脱氯剂凝胶；
7)将脱氯剂凝胶干燥、煅烧后制得脱氯剂。
10.如权利要求9所述高温烟气脱氯剂的制备方法，其特征在于，将赤泥、白泥和电石渣破碎、筛分至100μm以下。
11.如权利要求9所述高温烟气脱氯剂的制备方法，其特征在于，所述稀酸为硝酸、盐酸、磷酸和乙酸中的至少一种，稀酸浓度为10mol/L。
12.如权利要求9所述高温烟气脱氯剂的制备方法，其特征在于，所述碱液为NaOH溶液和KOH溶液中的至少一种，碱液浓度为2mol/L。
13.如权利要求9所述高温烟气脱氯剂的制备方法，其特征在于，将第三混合料加入以四氟乙烯材质为内胆的不锈钢高压反应釜中，在0.1～2.1MPa、60～120℃下反应2～8h，得到脱氯剂凝胶。
14.如权利要求9所述高温烟气脱氯剂的制备方法，其特征在于，将脱氯剂凝胶于90～130℃干燥2～5h后，在350～650℃温度下煅烧2～6h，制得脱氯剂。
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