CN107376586A - 一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法 - Google Patents

一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，具体包括以下步骤：首先将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；然后采用负载有氯化镁的碳纤维作为吸附剂B；将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收。本发明提供的方法脱硫脱碳效率高，对大气无二次污染，所采用的吸附剂吸附容量大，溶剂损失小，处理成本低。

Description

一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法
技术领域：
本发明涉及燃煤烟气处理领域，具体的涉及一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法。
背景技术：
我国是以煤炭为主要燃料的发展中国家，近年来煤炭消耗量不断增大，从2007年的20亿吨增加至2010年的30亿吨。煤炭消耗量的增加，给环境带来了严重的危害，特别是烟气中的SO2、CO2的排放，控制与减少燃煤烟气中SO2和CO2的排放是目前我国迫切需要解决的环境问题之一。
对于脱碳的方法，目前，常用的物理吸收法有早期合成氨厂采用的加压水洗法、德国林德和鲁奇联合开发的低温甲醇法、Fluor公司开发的碳酸丙烯酯法(Fluor法)、AlliedChemical公司开发的聚乙二醇二甲醚法(Seloxol法)和Lurgi公司的N-甲基吡咯烷酮法(Purisol法)等。物理吸收法能耗低、溶液再生可用闪蒸分离、常温下即可实现，但也存在一些不足，其分离效果不是很好、溶液回收率低、适用选择性较低。化学吸收法是通过吸收剂与CO2发生化学反应生成稳定性较弱的中间产物，然后在特定的条件(如高温、低压)下，来实现CO2气体的解析和吸收剂溶液的再生。应用较广泛的化学吸收剂有氨水、单乙醇胺(MEA)、热碱溶液、三乙醇胺(TEA)、二异丙醇胺(ADIP)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)和二甘醇胺等。化学吸收法脱碳效率高、反应速度快等优点，在煤化工行业和烟气分离中多有应用，技术比较成熟。但是此法还存在一定的技术瓶颈，如富液解析CO2的过程中所需的再生热能耗较大，增加电厂投资成本，还会存在吸收剂溶液易氧化降解、污染空气、严重腐蚀设备等问题。氨法脱碳是近年来最为流行的一种化学吸收方法，它很好的克服了上述MEA所存在的不足，可以实现电厂多种气体污染物的联合脱除，但是其挥发性比较大，且吸收容量有限。
对于脱硫的方法，主要包括燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫，其中，燃烧后脱硫技术即在煤经过燃烧后生成的烟气进行脱硫的技术，又称为烟气脱硫技术，因其脱硫率高、稳定性好、安装费用较低等优点，故而在脱硫技术中实现了目前世界上唯一大规模商业化应用。烟气脱硫技术主要分为干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫三类，湿法烟气脱硫反应速度快，脱硫效率高，而且脱硫剂还可以循环利用，所以目前得到了广泛的应用。氨法脱硫技术，既有坚实的应用基础，又有极大的发展潜力，成为近来众多学者的研究热点。
专利201110034903.8公开了一种采用碳酸二乙酯作为吸收剂的脱碳方法，该方法首先将含有CO2的原料气经过碳酸二乙酯吸收脱碳，然后使吸收CO2后的吸收剂富液经过两级减压解吸，解吸产生的CO2气体经过压缩和冷却回收气相夹带的溶剂碳酸二乙酯后排出界区。本发明开发的碳酸二乙酯脱碳工艺与目前工业上成熟应用的碳酸丙烯酯法相比，能耗可降低30％以上；与聚乙二醇二甲醚法相比，溶剂价格更低，聚合损失降低50％以上；与低温甲醇洗工艺相比，操作温度更加温和，设备投资降低30％以上。本发明的CO2脱除效率可达85％～95％。但是碳酸二乙酯沸点较低，挥发性较大，因而溶剂损失较大。
专利201010159735.0公开了燃煤烟气同时脱硫、脱硝和脱碳的方法，通过将含有SO2、NOx、CO2的燃煤烟气经除尘；再经降温后；通入吸附剂中，在吸附温度为50-100℃，吸附压力为50-10000Pa的条件下吸附至饱和；燃煤烟气尾气排空，吸附剂经减压或升温脱附后反复利用；脱附后的气体通入氨水中进行吸收处理，氨水用量与含SO2、NOx、CO2的混合气体的质量比为2-6:1，吸收温度为30-50℃，吸收压力为5000-12000Pa；本发明不仅同时脱硫、脱硝、脱碳，而且投资小、成本低、能耗小，可广泛用于热电厂、冶炼厂、炼油厂、化工厂等固定源燃煤所排放废气中SO2、NOx、CO2的净化处理；但是同样氨水易挥发，且处理过程中吸附剂用量较大，增大了成本。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，该方法可以有效除去燃煤烟气中的硫氧化物和二氧化碳，去除效率高，成本低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述吸附剂A中，以摩尔百分数计，碳酸二乙酯、琥珀酸二乙酯的用量为碳酸二乙酯10-80％、琥珀酸二乙酯20-90％。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述活性碳纤维的长度为10μm，直径为1μm。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述氯化镁溶液的质量浓度为18％。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用自制的吸附剂来脱除燃煤烟气中的二氧化硫和二氧化碳；首先采用琥珀酸二乙酯、碳酸二乙酯混合，制得的吸附剂A吸附容量大，溶剂损失小，且制备成本低；然后本发明采用硝酸处理后的活性碳纤维浸泡到氯化镁溶液中处理，硝酸处理后的活性炭纤维表面有较多的活性位点，可以有效负载Mg2+，有效改善了活性碳纤维的脱硫脱碳效率，其吸附容量也得到改善，成本低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；其中，二者用量以摩尔百分数计分别为：碳酸二乙酯16％、琥珀酸二乙酯84％；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备质量浓度为18％的氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；其中，预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收；其中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa；氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1；脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
该实施例中SO2的脱除率为93％，CO2的脱除率为91.5％。
实施例2
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；其中，二者用量以摩尔百分数计分别为：碳酸二乙酯33％、琥珀酸二乙酯67％；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备质量浓度为18％的氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；其中，预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收；其中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa；氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1；脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
该实施例中SO2的脱除率为95.6％，CO2的脱除率为93％。
实施例3
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；其中，二者用量以摩尔百分数计分别为：碳酸二乙酯46％、琥珀酸二乙酯54％；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备质量浓度为18％的氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；其中，预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收；其中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa；氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1；脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
该实施例中SO2的脱除率为97.5％，CO2的脱除率为95.2％。
实施例4
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；其中，二者用量以摩尔百分数计分别为：碳酸二乙酯62％、琥珀酸二乙酯38％；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备质量浓度为18％的氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；其中，预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收；其中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa；氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1；脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
该实施例中SO2的脱除率为98.9％，CO2的脱除率为95.3％。
实施例5
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；其中，二者用量以摩尔百分数计分别为：碳酸二乙酯77％、琥珀酸二乙酯23％；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备质量浓度为18％的氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；其中，预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收；其中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa；氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1；脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
该实施例中SO2的脱除率为96.5％，CO2的脱除率为94.7％。
实施例6
一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；其中，二者用量以摩尔百分数计分别为：碳酸二乙酯80％、琥珀酸二乙酯20％；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备质量浓度为18％的氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；其中，预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收；其中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa；氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1；脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
该实施例中SO2的脱除率为97.6％，CO2的脱除率为95.1％。

Claims (9)

1.一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将琥珀酸二乙酯加入到碳酸二乙酯中搅拌混合均匀，制得吸附剂A；
(2)将活性碳纤维和浓硝酸混合搅拌5h，过滤，得到的固体用去离子水洗涤3-5次，干燥，得到预处理碳纤维；制备氯化镁溶液，将预处理的碳纤维浸没在制得的氯化镁溶液中，500rpm下搅拌处理3h，80℃下真空干燥，得到吸附剂B；
(3)将燃煤烟气进行除尘；并将除尘后的燃煤烟气通入到吸附塔中，依次通过吸附剂B、吸附剂A，吸附处理后的气体排放大气中，吸附剂A、吸附剂B减压脱吸附后重复利用，脱吸附后的气体进入到氨水中进行吸收处理，吸收处理生成的硫酸盐和碳酸盐进行回收。
2.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(1)中，所述吸附剂A中，以摩尔百分数计，碳酸二乙酯、琥珀酸二乙酯的用量为碳酸二乙酯10-80％、琥珀酸二乙酯20-90％。
3.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(2)中，所述活性碳纤维的长度为10μm，直径为1μm。
4.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氯化镁溶液的质量浓度为18％。
5.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预处理碳纤维、氯化镁溶液的用量比为1g：70mL。
6.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(3)中，燃煤烟气通过吸附剂B中吸附的条件为：温度80℃，吸附压力300Pa。
7.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(3)中，燃煤烟气通过吸附剂A中的吸附条件为：温度25℃，吸附压力3000Pa。
8.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氨水用量与脱吸附后的气体的质量比为4.5：1。
9.如权利要求1所述的一种燃煤烟气脱硫脱碳的有效方法，其特征在于，步骤(3)中，脱吸附后的气体进入到氨水中吸附处理时的条件为：吸附温度45℃，吸附压力7000Pa。
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CN111085229A (zh) * 2018-10-23 2020-05-01 南京化学工业园环保产业协同创新有限公司 一种燃煤烟气氨气还原脱硝的助催化剂
CN114452776A (zh) * 2022-01-10 2022-05-10 武汉科技大学 一种基于铁矿石烧结烟气中co2分离的方法
CN115178090A (zh) * 2022-08-19 2022-10-14 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 燃煤烟气处理***及方法

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