CN117399078A - 一种高效催化脱硫剂颗粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高效催化脱硫剂颗粒及其制备方法，涉及化工、能源、环保等领域，其制备方法，具体步骤包括：S1：将电石渣与水混合制浆，得到电石渣浆液；S2：在低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液；S3：在过氧化钙浆液中加入粘结剂和助剂，得到脱硫剂颗粒湿料；S4：将脱硫剂颗粒湿料在50～200℃下干燥1～8小时，得到脱硫剂颗粒成品；能够降低了电石渣浆液和双氧水的反应速率，减少副反应和杂质的生成，在相同的反应时间内，脱硫剂颗粒能够更有效地与硫化物反应，提高其硫容。
Description
技术领域
本发明涉及化工、能源、环保等领域，尤其涉及一种高效催化脱硫剂颗粒及其制备方法。
背景技术
SO2是大气污染物的主要污染物之一，主要来源于煤炭的利用，然而煤炭在短时间内还不能被完全替代，目前控制SO2排放采取了煤脱硫、炉内脱硫等方法，但烟气脱硫的方法是目前进展较快、效果明显的方法，其投资低和操作运行简单，也成为目前应用最广泛的脱硫方法。烟气脱硫也分为两种：一种是湿法烟气脱硫，另一种被称为干法烟气脱硫。干法烟气脱硫的特点主要是：脱硫效率较高且稳定，操作弹性好，易于操作控制，脱硫工艺简单，易于管理；可同时完成干法烟气脱硫、除尘，设备管道不易腐蚀且无废水排放，减小了设备的腐蚀和废水处理的麻烦；净化过程烟气温降少，易于回收余热、高空排放。在干法烟气脱硫技术中，干法脱硫剂是最为重要的研发方向。
电石渣含一定水量的电石废渣及渗滤液，也含有硫化物、磷化物等有毒有害物质，显强碱性，电石渣主要成分为氢氧化钙(质量分数为90.1％)、氧化硅(质量分数为3.5％)、氧化铝(质量分数为2.5％)及少量的碳酸钙、三氧化二铁、氧化镁、二氧化钛、碳渣、硫化钙等杂质。电石渣呈灰色，并伴有刺鼻的气味，目前，采用电石渣制备脱硫剂的研究已有报告，并且在湿法脱硫和干法脱硫中都有应用，如中国专利，公开号115814580A的电石渣改性的脱硫剂组合物、脱硫剂、其制备方法及应用利用双氧水改性电石渣，改性后增大了电石渣的比表面积和有效孔体积，能提升脱硫剂的脱硫性能。
但是，双氧水的强氧化性会导致反应过程中引入杂质与副产物，在脱硫过程中产生无法预测的产物，不利于脱硫的速度，可能会导致环境污染与效率低下。
发明内容
本申请实施例通过提供一种高效催化脱硫剂颗粒及其制备方法，解决了现有技术中在脱硫过程中产生无法预测的产物，不利于脱硫的速度，可能会导致环境污染与效率低下，实现了减少副反应和杂质的生成的效果。
本申请实施例提供了一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，具体步骤包括：
S1：将电石渣与水混合制浆，得到电石渣浆液；
S2：在低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液；
S3：在过氧化钙浆液中加入粘结剂和助剂，得到脱硫剂颗粒湿料；
S4：将脱硫剂颗粒湿料在50～200℃下干燥1～8小时，得到脱硫剂颗粒成品。
其中，按重量计电石渣50～100份、水200～700份、双氧水中或氧化氢的浓度20%～30%、粘结剂15～30份、助剂5～15份。
进一步的，按重量计电石渣100份、水500份、双氧水中过氧化氢的浓度20%、粘结剂15份、助剂10份。
进一步的，所述的助剂为氯化铝，硫酸铁，硫酸亚铁，氯化铁，硫酸铝中的一种；粘结剂为粘土、滑石粉、硅藻土、高岭土、沸石粉、膨润土、凹凸棒土中的一种。
进一步的，步骤S2中的低温环境为0~10℃，氮气的温度为0℃，充入速度为5～15ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中。
进一步的，步骤S4干燥温度为180℃，干燥时间为4h。
进一步的，步骤S2的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，充入速度为10ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中。
进一步的，步骤S2的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，初始充入速度为10ml/s并均匀降低，在混合终止时降低为0ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中。
进一步的，步骤S2中在步骤S2中：低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液1，所得的过氧化钙浆液1再次通入反应容器与未反应的电石渣浆液和双氧水再次并流混合得到过氧化钙浆液2。
进一步的，一种高效催化脱硫剂颗粒由上述方法制备而成。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
其一、通入氮气降低了电石渣浆液和双氧水的反应速率，这种反应速率的降低使得脱硫剂颗粒的反应更加温和，有助于减少副反应和杂质的生成，在相同的反应时间内，脱硫剂颗粒能够更有效地与硫化物反应，提高其硫容。
其二、氮气有助于改善脱硫剂颗粒的孔隙结构和增加比表面积，适度的反应速率和减少的杂质生成有助于保持脱硫剂颗粒的结构完整性，并增加其可用的反应表面积。这样的改变可以为硫化物提供更多的表面积，促进脱硫反应的进行，从而提高硫容。
其三、通过并流工艺进行液-液相接触，实现电石渣浆液与双氧水的混合反应，使得双氧水的用量最小，达到氧化的最佳效果，通过气-液逆流不仅提高液体与气体的混合程度，不大幅度降低液体流速，还能提高液体的混合程度，提高混合的效果，沸石为多孔材料，也增加了脱硫剂颗粒的表面积，促进脱硫反应的进行。
其四、将氮气的冲入速度不断降低，节省了氮气的充入量，避免了由于氧化反应过快，混合后期氮气浪费的问题。
其五、通过将混合的氧化钙浆液1再次并流混合，过氧化钙浆液1中的氮气逐渐在整个溶液中均匀分布，促进了电石渣浆液与双氧水的混合均匀度，同时由于存在处于混合中间阶段的氧化钙浆液1，两组分的混合速度更快，也加快了电石渣浆液与双氧水的混合均匀度。
附图说明
图1为本发明的制备流程图
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述；附图中给出了本发明的较佳实施方式，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式；相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，具体步骤包括：
S1：将电石渣与水混合制浆，得到电石渣浆液。
S2：在低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液。
S3：在过氧化钙浆液中加入粘结剂和助剂，得到脱硫剂颗粒湿料。
S4：将脱硫剂颗粒湿料在50～200℃下干燥1～8小时，得到脱硫剂颗粒成品。
其中，按重量计电石渣50～100份、水200～700份、双氧水中或氧化氢的浓度20%～30%、粘结剂15～30份、助剂5～15份；
助剂为氯化铝，硫酸铁，硫酸亚铁，氯化铁，硫酸铝中的一种；粘结剂为粘土、滑石粉、硅藻土、高岭土、沸石粉、膨润土、凹凸棒土中的一种；
步骤S2中的低温环境为0~10℃，氮气的温度为0℃，充入速度为5～15ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中；
并流工艺为电石渣浆液和双氧水在混合反应时采用的流动方式，分别以相同的流速，在反应设备中同时在相同的方向上流动，并在反应容器中相遇并混合反应。
通入氮气降低了电石渣浆液和双氧水的反应速率，这种反应速率的降低使得脱硫剂颗粒的反应更加温和，有助于减少副反应和杂质的生成，在相同的反应时间内，脱硫剂颗粒能够更有效地与硫化物反应，提高其硫容，氮气有助于改善脱硫剂颗粒的孔隙结构和增加比表面积，适度的反应速率和减少的杂质生成有助于保持脱硫剂颗粒的结构完整性，并增加其可用的反应表面积。这样的改变可以为硫化物提供更多的表面积，促进脱硫反应的进行，从而提高硫容，通过并流工艺进行液-液相接触，实现电石渣浆液与双氧水的混合反应，使得双氧水的用量最小，达到氧化的最佳效果，通过气-液逆流不仅提高液体与气体的混合程度，不大幅度降低液体流速，还能提高液体的混合程度，提高混合的效果。
实施例一
一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，具体步骤包括：
S1：将电石渣与水混合制浆，得到电石渣浆液。
S2：在低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液。
S3：在过氧化钙浆液中加入粘结剂和助剂，得到脱硫剂颗粒湿料.
S4：将脱硫剂颗粒湿料在180℃下干燥4小时，得到脱硫剂颗粒成品。
其中，按重量计电石渣100份、水500份、双氧水中过氧化氢的浓度20%、粘结剂15份、助剂10份；
步骤S2中的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，充入速度为10ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中；
本实施例中助剂为硫酸亚铁；粘结剂为沸石粉；
并流工艺为电石渣浆液和双氧水在混合反应时采用的流动方式，分别以相同的流速，在反应设备中同时在相同的方向上流动，并在反应容器中相遇并混合反应。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
通入氮气降低了电石渣浆液和双氧水的反应速率，这种反应速率的降低使得脱硫剂颗粒的反应更加温和，有助于减少副反应和杂质的生成，在相同的反应时间内，脱硫剂颗粒能够更有效地与硫化物反应，提高其硫容，氮气有助于改善脱硫剂颗粒的孔隙结构和增加比表面积，适度的反应速率和减少的杂质生成有助于保持脱硫剂颗粒的结构完整性，并增加其可用的反应表面积。这样的改变可以为硫化物提供更多的表面积，促进脱硫反应的进行，从而提高硫容，通过并流工艺进行液-液相接触，实现电石渣浆液与双氧水的混合反应，使得双氧水的用量最小，达到氧化的最佳效果，通过气-液逆流不仅提高液体与气体的混合程度，不大幅度降低液体流速，还能提高液体的混合程度，提高混合的效果，沸石为多孔材料，也增加了脱硫剂颗粒的表面积，促进脱硫反应的进行。
实施例二
上述实施例中通过加入氮气，并逆流冲入溶液，为进一步优化工艺的经济性，进行进一步改进。
在步骤S2中：低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液。
其中的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，初始充入速度为10ml/s并均匀降低，在混合终止时降低为0ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中；
并流工艺为电石渣浆液和双氧水在混合反应时采用的流动方式，分别以相同的流速，在反应设备中同时在相同的方向上流动，并在反应容器中相遇并混合反应。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
将氮气的冲入速度不断降低，节省了氮气的充入量，避免了由于氧化反应过快，混合后期氮气浪费的问题。
实施例三
在上述实施例二，通过降低氮气的冲入速度，节省消耗，为进一步优化电石渣浆液与双氧水的混合均匀度，进行进一步改进。
在步骤S2中：低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液1，所得的过氧化钙浆液1再次通入反应容器与未反应的电石渣浆液和双氧水再次并流不再通入氮气后混合得到过氧化钙浆液2。
其中的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，初始充入速度为10ml/s并均匀降低，在混合终止时降低为0ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中；
并流工艺为电石渣浆液和双氧水在混合反应时采用的流动方式，分别以相同的流速，在反应设备中同时在相同的方向上流动，并在反应容器中相遇并混合反应。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
通过将混合的氧化钙浆液1再次并流混合，过氧化钙浆液1中的氮气逐渐在整个溶液中均匀分布，促进了电石渣浆液与双氧水的混合均匀度，同时由于存在处于混合中间阶段的氧化钙浆液1，两组分的混合速度更快，也加快了电石渣浆液与双氧水的混合均匀度。
以下对本发明各个实施例的性能进行测试。
烟气脱硫剂颗粒的性能指标：比表面积、脱硫效率。各指标的检测方法具体如下：
(1)比表面积的检测方法参照：GB/T19587-2017
(2)硫容的计算方法如下所示：
脱硫剂颗粒硫容＝m1×n/m×100％
m：脱硫剂颗粒的质量，（g）；
m1：脱硫剂颗粒经过含硫烟气后的质量，（g）；
n：脱硫剂颗粒经过含硫烟气后的SO2含量，（%）。
烟气中的SO2浓度采用烟气分析仪在线监测，入口SO2浓度为2000ppm，出口100ppm(即脱硫效率为95％)为实验结束的终点。
测试结果如表1所示。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
S1：将电石渣与水混合制浆，得到电石渣浆液；
S2：在低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液；
S3：在过氧化钙浆液中加入粘结剂和助剂，得到脱硫剂颗粒湿料；
S4：将脱硫剂颗粒湿料在50～200℃下干燥1～8小时，得到脱硫剂颗粒成品。
2.如权利要求1所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，其中，按重量计电石渣50～100份、水200～700份、双氧水中过氧化氢的浓度20%～30%、粘结剂15～30份、助剂5～15份。
3.如权利要求2所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，按重量计电石渣100份、水500份、双氧水中过氧化氢的浓度20%、粘结剂15份、助剂10份。
4.如权利要求1所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，所述的助剂为氯化铝，硫酸铁，硫酸亚铁，氯化铁，硫酸铝中的一种；粘结剂为粘土、滑石粉、硅藻土、高岭土、沸石粉、膨润土、凹凸棒土中的一种。
5.如权利要求1所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S2中的低温环境为0~10℃，氮气的温度为0℃，充入速度为5～15ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中。
6.如权利要求1所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S4干燥温度为180℃，干燥时间为4h。
7.如权利要求5所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S2的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，充入速度为10ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中。
8.如权利要求1所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S2的低温环境为0℃，氮气的温度为0℃，初始充入速度为10ml/s并均匀降低，在混合终止时降低为0ml/s，逆溶液流动方向冲入反应容器中。
9.如权利要求1所述的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法，其特征在于，步骤S2中低温环境下，采用并流工艺将电石渣浆液和双氧水混合反应，同时通入氮气，得到过氧化钙浆液1，所得的过氧化钙浆液1再次通入反应容器与未反应的电石渣浆液和双氧水再次并流混合并不再通入氮气，得到过氧化钙浆液2。
10.一种高效催化脱硫剂颗粒，其特征在于，由如权利要求1-9任意一项的一种高效催化脱硫剂颗粒的制备方法制备而成。
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