CN106179218A - 一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂及其制备、再生方法与应用 - Google Patents

一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂及其制备、再生方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于大气污染治理技术领域，涉及一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂及其制备、再生方法与应用。该烧结烟气脱硫剂，其活性半焦载体上负载有活性组分铜，所述活性组分铜占载体总重量的2％～25％。制备方法包括将活性半焦加入硝酸铜溶液中浸渍，然后在惰性气氛下煅烧即可。本发明使用活性半焦为载体，以浸渍法制备脱硫剂，不仅吸附容量高、脱硫效率好，而且价格低廉、可再生，取得较高的经济、环境和社会效益。

Description

一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂及其制备、再生方 法与应用
技术领域
本发明涉及大气污染治理技术领域，具体涉及一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂及其制备、再生方法与应用。
背景技术
日益严重的环境污染问题对环保提出了更高的挑战。钢铁行业是国家的重要基础产业，但在其热加工过程中消耗大量的燃料和矿石，同时排放大量的空气污染物，具有高耗能、高排放等特点。其中烧结过程产生的SO2排放量约占钢铁企业年排放量40-60％，因此脱除烧结烟气中的SO2是污染治理的重点。
烧结烟气的主要特点是排放量大、SO2排放浓度低且温度波动范围宽、SO2排放总量大等。钢铁行业的烧结烟气与燃煤电厂的烟气有着明显的区别。国内的燃煤电厂烟气脱硫经过多年的摸索，技术和市场成熟，配套政策完善；而烧结烟气脱硫起步较晚，因此烧结烟气脱硫可以借鉴国外的烧结烟气脱硫技术和燃煤电厂的成功经验和教训，但不能简单移植。
烧结烟气脱硫的主要方法有湿法、半干法、活性焦吸附等几种，其中湿法主要又分为石灰石-石膏法、氨-硫铵法、海水脱硫法、镁法、钠法等；半干法从工艺上又分为循环流化床法、密相干塔、旋转喷雾法、NID法等几种；活性焦吸附法是一种干法脱硫技术，在脱硫的同时可实现脱硝、脱二恶英、重金属及粉尘等。此外，该法还能将二氧化硫转换为硫酸进行二次综合利用。
因此，本发明通过优化制备条件研发了具有较高脱硫性能、适应较宽温度波动、价格低廉、可再生的脱硫剂，具有较高的经济、环境和社会效益。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的不足之处，提出一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂及其制备、再生方法与应用。本发明通过将具有较高比表面积的活性半焦和铜氧化物相结合，研发出具有较高脱硫性能的脱硫剂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂，其活性半焦载体上负载有活性组分铜。
优选地，所述活性组分铜占载体总重量的2％～25％，进一步优选为18％～22％。
本发明还提供上述以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂的制备方法，采用浸渍法制备，包括将活性半焦加入硝酸铜溶液中浸渍，然后在惰性气氛下煅烧，即可。
上述制备方法，其中，
以g/mL计，所述活性半焦的加入重量与所述硝酸铜溶液的体积比为1～5：20，所述硝酸铜溶液浓度为1wt％～7wt％；优选地，以g/mL计所述活性半焦的加入重量与所述硝酸铜溶液的体积比为2～3：20，所述硝酸铜溶液浓度为5wt％。
所述浸渍过程包括：先在室温条件下浸渍30～180min，然后升温至50℃～90℃浸渍至溶液蒸干；优选地，所述浸渍过程包括：先在室温条件下浸渍120min，然后升温至80℃浸渍至溶液蒸干。
所述惰性气氛为氩气、氮气等中的一种或几种，优选为氩气。
所述煅烧温度为400℃～700℃，煅烧时间为2～6h；优选煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。
本发明所述活性半焦可按现有技术常规方法制备，或外购市售产品。另外，本发明提供一种具体的活性半焦制备方法，包括以下步骤：
将半焦破碎成40-60目颗粒，清洗后烘干(例如置于鼓风干燥箱120℃烘干6h)；称取一定量的半焦置于30wt％硝酸溶液进行活化，在80℃恒温水浴中冷凝回流2h；随后将活化后的半焦用清水清洗至pH为7(例如清洗三次)，烘干(例如置于鼓风干燥箱160℃烘干12h)，并于真空管式炉惰性气氛下700℃煅烧4h，制成活性半焦。
具体地，上述以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将小料半焦破碎成40-60目颗粒，清洗后于鼓风干燥箱120℃烘干6h；称取一定量的该半焦置于30wt％硝酸溶液进行活化，在80℃恒温水浴中冷凝回流2h；随后将活化后的半焦用清水洗至pH为7，置于鼓风干燥箱160℃烘干12h，并于真空管式炉惰性气氛下700℃煅烧4h，制成活性半焦；
2)配制5wt％硝酸铜溶液，并在磁力搅拌器上以500rpm转速搅拌10min；
3)将2～3g步骤1)制备的活性半焦放入20mL步骤2)配制的硝酸铜溶液中，在室温下500rpm转速搅拌浸渍120min，然后提高浸渍温度至80℃继续搅拌直至溶液蒸干；
4)将步骤3)制备的样品在惰性气氛下于温度400℃～700℃煅烧2～6h，即得上述以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂。
本发明还包括上述以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂在大气污染治理上的应用。所述应用主要包括用于脱除烧结烟气中的SO2。例如钢铁企业等排放的烧结烟气，
优选地，所述脱硫反应温度为85℃～150℃，进一步优选为100℃。
本发明还提供上述以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂的再生方法，包括将失活后的所述脱硫剂置于真空管式炉中，在适宜的气氛和温度下进行煅烧。
上述再生方法中，所述气氛为氩气、氮气或掺混一定含量水蒸气的氮气。优选地，所述煅烧温度为400℃～700℃，煅烧时间为2h～8h；进一步优选地，所述煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。
本发明使用活性半焦为载体，以浸渍法制备出具有较高比表面积的活性烧结烟气脱硫剂，不仅吸附容量高、脱硫效率好，具有较高脱硫性能，适应较宽温度波动，而且还价格低廉、可再生，取得较高的经济、环境和社会效益。
附图说明
图1和图2表示实验例脱硫性能评价实验结果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
尽管以下实施例记载了活性半焦具体的制备方法，按现有技术常规方法制备的或外购市售产品的活性半焦也可达到相同的技术效果。
实施例1
以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂的制备方法，包括以下步骤：
1)活性半焦制备
在陕西省神木县某公司采集小料半焦后，破碎成40-60目颗粒，清洗后于鼓风干燥箱120℃烘干6h；称取40g该半焦置于200mL的浓度为30wt％硝酸溶液进行活化，在80℃恒温水浴中冷凝回流2h；随后将活化后的半焦用清水洗涤三次至pH为7，置于鼓风干燥箱160℃烘干12h，放入真空管式炉N2气氛300mL/min 700℃煅烧4h，制成活性半焦。
2)铜基脱硫剂制备
采用浸渍法制备脱硫剂。配制20mL浓度为1wt％硝酸铜溶液，加入3g步骤1)制备的活性半焦样品，室温下500rpm转速搅拌浸渍120min，随后将浸渍温度提高至80℃(油浴)，直至溶液蒸干；然后将样品在N2气氛下700℃煅烧4h，即得。
本实施例制得的烧结烟气脱硫剂中所述活性组分铜占载体总重量的3.5wt％。
实施例2
按照实施例1的方法制备脱硫剂，区别仅在于：在步骤2)中硝酸铜溶液浓度为3wt％。
本实施例制得的烧结烟气脱硫剂中所述活性组分铜占载体总重量的14.3wt％。
实施例3
按照实施例1的方法制备脱硫剂，区别仅在于：在步骤2)中硝酸铜溶液浓度为5wt％。
本实施例制得的烧结烟气脱硫剂中所述活性组分铜占载体总重量的20.5wt％。
实施例4
按照实施例1的方法制备脱硫剂，区别仅在于：在步骤2)中硝酸铜溶液浓度为7wt％。
本实施例制得的烧结烟气脱硫剂中所述活性组分铜占载体总重量的24.7wt％。
实施例5
按照实施例1的方法制备脱硫剂，区别仅在于：在步骤2)中煅烧温度为400℃。
实施例6
按照实施例1的方法制备脱硫剂，区别仅在于：在步骤2)中煅烧温度为500℃。
实施例7
按照实施例1的方法制备脱硫剂，区别仅在于：在步骤2)中煅烧温度为600℃。
实验例
脱硫性能评价：分别取实施例1-7制备的脱硫剂各2.5g，气体流量为60mL，SO2浓度为2000ppm，O2浓度为5％，水蒸气H2O浓度为6％，反应温度为100℃，空速为1000h-1。实验结果见图1和图2(横坐标表示有效脱硫时间(分钟)，纵坐标表示SO2浓度)
由图1和图2结果可以看出，以活性半焦为基底制备铜基脱硫剂的最佳前驱硝酸铜溶液浓度为5wt％，最佳煅烧温度为700℃，有效脱硫时间可以达到10h左右。

Claims (10)

1.一种以活性半焦为载体的烧结烟气脱硫剂，其活性半焦载体上负载有活性组分铜，所述活性组分铜占载体总重量的2％～25％。
2.根据权利要求1所述的烧结烟气脱硫剂，其特征在于，所述活性组分铜占载体总重量的18％～22％。
3.权利要求1或2所述烧结烟气脱硫剂的制备方法，其特征在于，包括将活性半焦加入硝酸铜溶液中浸渍，然后在惰性气氛下煅烧，即可。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以g/m L计，所述活性半焦的加入重量与所述硝酸铜溶液的体积比为1～5：20，所述硝酸铜溶液浓度为1wt％～7wt％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述活性半焦的加入重量与所述硝酸铜溶液的体积比为2～3：20，所述硝酸铜溶液浓度为5wt％。
6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍过程包括：先在室温条件下浸渍30～180min，然后升温至50℃～90℃浸渍至溶液蒸干；优选地，先在室温条件下浸渍120min，然后升温至80℃浸渍至溶液蒸干。
7.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气或氮；和/或，
所述煅烧温度为400℃～700℃，煅烧时间为2～6h；优选煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将小料半焦破碎成40-60目颗粒，清洗后于鼓风干燥箱120℃烘干6h；称取一定量的该半焦置于30wt％硝酸溶液进行活化，在80℃恒温水浴中冷凝回流2h；随后将活化后的半焦用清水至pH为7，置于鼓风干燥箱160℃烘干12h，并于真空管式炉惰性气氛下700℃煅烧4h，制成活性半焦；
2)配制5wt％硝酸铜溶液，并在磁力搅拌器上以500rpm转速搅拌10min；
3)将2～3g步骤1)制备的活性半焦放入20mL步骤2)配制的硝酸铜溶液中，在室温下500rpm转速浸渍120min，然后提高浸渍温度至80℃继续搅拌直至溶液蒸干；
4)将步骤3)制备的样品在惰性气氛下于温度400℃～700℃煅烧2～6h，即可。
9.权利要求1或2所述的烧结烟气脱硫剂或权利要求3-8任一项所述方法制备的烧结烟气脱硫剂在大气污染治理上的应用，所述应用包括用于脱除烧结烟气中的SO2；优选地，所述脱硫反应温度为85℃～150℃，进一步优选为100℃。
10.权利要求1或2所述的烧结烟气脱硫剂或权利要求3-8任一项所述方法制备的烧结烟气脱硫剂的再生方法，其特征在于，包括将失活后的所述脱硫剂置于真空管式炉中，在适宜的气氛和温度下进行煅烧；
优选地，所述气氛为氩气、氮气或掺混一定含量水蒸气的氮气；和/或，所述煅烧温度为400℃～700℃，煅烧时间为2h～8h；优选地，所述煅烧温度为700℃，煅烧时间为4h。
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