一种吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及固废粉煤灰回收利用领域，具体提供了一种吸附剂及其制备方法和应用，该方法包括：(1)将粉煤灰与碱液进行接触，得到第一浆液；(2)将第一浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第一固体和第一配液；(3)将第一固体与碱液进行接触，得到第二浆液；(4)将第二浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第二固体和第二配液；(5)将所述第二固体进行干燥。本发明专利技术利用固废粉煤灰为原料，通过多步合并处理，合成了高效，低成本的吸附剂，该吸附剂比表面积大(20m2/g)，使得用于SO3吸附，SO3脱除率高(>90％)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸附剂的制备方法，以及由该方法得到的吸附剂和本专利技术的吸附剂在吸附SO3中的应用。
技术介绍
燃煤电厂烟气中，SO3的来源主要有两个方面，一是在煤燃烧过程中，煤中含有的可燃性硫元素燃烧生成SO2后，部分SO2被进一步氧化生成SO3；二是在选择性催化还原脱硝(SCR)过程中，部分SO2在SCR反应器中，在催化剂的作用下，被氧化形成SO3。一般燃煤电厂采用选择性催化还原(SCR)技术进行脱硝，使用钒-钨-钛系催化剂，该技术脱硝效率高，运行稳定。布置形式SCR反应器采用高温高灰布置，安装在锅炉省煤器后，预热器之前，工作温度在300℃–400℃左右，在反应器中，通过反应将NOX转化成N2，反应如下：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O；8NH3+6NO2→7N2+12H2O；此时的烟气未经脱硫处理，还含有大量的SO2。V2O5对SO2具有强烈的催化氧化作用。因此，在脱硝工程中，在催化剂的作用下，SO2不可避免的会被氧化生成SO3，一般正常工况条件下，SO2/SO3<1％，但在低负荷运行过程中，SO2的氧化率会快速增加，使烟气中SO3含量增加一倍左右。烟气中的SO3会与水蒸气、SCR中过量的NH3反应，生成硫酸铵和硫酸氢氨。硫酸铵和硫酸氢氨会堵塞催化剂表面的微孔，使催化剂失效，不仅降低了NOX的脱除效率，同时也减少催化剂的使用寿命。更为严重的是会对空气预热器造成堵塞和腐蚀的影响。当烟气流经空气预热器时，烟温会迅速下降，当烟气中SO3含量较高时，会产生H2SO4的管壁凝结现象，对设备造成腐蚀；硫酸氢氨是一种粘性很强且具有腐蚀性的物质，会吸附烟气中的飞灰沉淀在空气预热器表面和层间引起堵塞，这种堵塞会增加烟气的阻力，增加引风机的功率消耗，导致需定期对空气预热器进行清洗，甚至迫使停炉清理预热器堵灰，严重影响电厂正常运行。在低负荷运行过程中或催化剂活性降低情况下，一般靠增加喷NH3量来提高NOx的转化率，过量的NH3会与烟气中的SO3和H2O反应生成NH4HSO4和(NH4)2SO4。另一方面，粉煤灰是煤或煤粉燃烧后的细粒分散状残余物，主要产生于电厂生产所用的煤粉炉、循环流化床等。随着经济的飞速发展，煤炭用量增加，粉煤灰的排放量也与日俱增。我国是世界煤炭消耗量最大的国家，粉煤灰的排放量更是惊人。目前，国内累计堆放量已达到数十亿吨，因而经济合理的利用及消纳粉煤灰的问题已迫在眉睫。因此，利用工业废弃物粉煤灰为原料制备高性能产品是循环经济发展的战略需求。CN202191831U公开了一种三氧化硫尾气吸收装置，包括吸收塔、三氧化硫反应塔、吸收塔中和池、喷头和循环系统。该装置仅适用于小流量烟气末端中低温吸收，不适用于像燃煤电厂大流量烟气在高温(250-400℃)吸收。CN104474897A公开了一种脱除燃煤电厂烟气中三氧化硫的方法，向烟气中喷射一定量的碱基吸附剂，包括氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁、碳酸钠、碳酸氢钠等颗粒，来选择性的吸附烟气中的三氧化硫，碱基吸附剂要求需要研磨至粒径小于50um。但由于燃煤电厂烟气量大，喷射大量该类碱基吸附剂不仅成本高、下游除尘器收集下来的粉煤灰中碱含量高不利于粉煤灰的综合利用。CN103055684A公开了利用天然碱浆液作为吸附剂脱除燃煤电厂烟气中三氧化硫的方法，但受制于天然碱产地地域限制，该技术难以广泛推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用燃煤电厂排放的固废粉煤灰为原料合成高效、低成本的吸附剂。为实现前述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种吸附剂的制备方法，该方法包括：(1)将粉煤灰与碱液进行接触，得到第一浆液；(2)将第一浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第一固体和第一配液；(3)将第一固体与碱液进行接触，得到第二浆液；(4)将第二浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第二固体和第二配液；(5)将所述第二固体进行干燥。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了按照本专利技术所述的制备方法得到的吸附剂。根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供了本专利技术所述的吸附剂在吸附SO3中的应用。本专利技术利用燃煤电厂排放的固废粉煤灰为原料，通过多步合并处理，合成了高效，低成本的吸附剂，该吸附剂比表面积大(20m2/g)，使得用于SO3吸附，SO3脱除率高(>90％)。且本专利技术由于以粉煤灰为原料作为吸附剂载体，无需对原料进行粉磨，使得吸附剂生产成本低，且不会对下游粉煤灰利用产生影响。在本专利技术的优选实施方式中，利用粉煤灰中玻璃相SiO2，通过碱溶后生成硅酸盐胶体例如Na2SiO3胶体，通入烟气后，利用烟气中CO2与硅酸盐例如Na2SiO3反应后生成沉淀SiO2，副产物碳酸盐由于附着在SiO2表面，增大了接触面积，可以大大提高吸附例如吸附SO3的能力。同时，由于粉煤灰中SiO2被剥离，部分碱性氧化物，CaO、K2O、Na2O等也会起到增加SO3吸附能力的作用。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例使用的粉煤灰的SEM图谱；图2是按照实施例1的方法得到的吸附剂的SEM图谱；图3是按照实施例1的方法得到的吸附剂在不同反应温度和不同化学当量(Na2O:SO3)条件下对SO3的吸收率；图4是按照实施例1的方法得到的吸附剂在不同反应温度和不同时间条件下对SO3的吸收率。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。为实现前述目的，本专利技术提供了一种吸附剂的制备方法，该方法包括：(1)将粉煤灰与碱液进行接触，得到第一浆液；(2)将第一浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第一固体和第一配液；(3)将第一固体与碱液进行接触，得到第二浆液；(4)将第二浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第二固体和第二配液；(5)将所述第二固体进行干燥。采用本专利技术前述多步处理的方法，能够合成以碳酸盐例如Na2CO3为主要吸附分子，SiO2为主要吸附剂载体的高效吸附剂，以碱物质为NaOH示例，具体涉及的反应机理如下：SiO2(FA)+2NaOH→Na2SiO3(步骤(1)和步骤(3))；Na2SiO3+CO2(FG)→Na2CO3+SiO2(Na2CO3生成在SiO2表面)(步骤(2))；SiO2(FA)+NaOH+CO2→SiO2+Na2CO3(步骤(3))，由此使CaO分离出来了；CaO+2NaOH→Ca(OH)2+Na2O(步骤(1)和步骤(3))。根据本专利技术的方法，优选该方法还包括：将所述第一配液返回作为步骤(1)的原料使用。由此可以进一步提高吸附剂的吸附效率，推测是由于将所述第一配液返回使用，使得到的吸附剂组成更适合于吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)将粉煤灰与碱液进行接触，得到第一浆液；(2)将第一浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第一固体和第一配液；(3)将第一固体与碱液进行接触，得到第二浆液；(4)将第二浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第二固体和第二配液；(5)将所述第二固体进行干燥。

【技术特征摘要】
1.一种吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)将粉煤灰与碱液进行接触，得到第一浆液；(2)将第一浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第一固体和第一配液；(3)将第一固体与碱液进行接触，得到第二浆液；(4)将第二浆液与二氧化碳源进行接触，固液分离得到第二固体和第二配液；(5)将所述第二固体进行干燥。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括：将所述第一配液返回作为步骤(1)的原料使用。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括：将所述第二配液返回作为步骤(3)的原料使用。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(1)中接触的条件包括：碱液以OH-计，粉煤灰以二氧化硅计，碱液与粉煤灰的摩尔比为0.5-2，优选为0.8-1；碱液的质量浓度为15-40％，优选为20-25％；温度为50-200℃，优选为60-75℃；时间为10-90min，优选为20-50min。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤(2)和步骤(4)中接触的条件各自包括：温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝冬，孙琦，徐文强，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11