一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法，含硫烟气在吸收塔内与偏铝酸钠溶液逆流接触，吸收后烟气从吸收塔顶部排出，吸收塔釜吸收液流入浓缩槽进行进一步反应和固液分离，并加入偏铝酸钠溶液控制浓缩槽pH值在9~12；固液分离出的沉淀进入凝胶池，搅拌凝胶同时控制pH值在9~12，凝胶老化后进行抽滤、洗涤、干燥和焙烧制得纳米氧化铝。本发明专利技术解决了纳米氧化铝生产成本高及含硫烟气污染环境的问题，实现了含硫烟气的达标排放和高附加值纳米氧化铝的低成本生产。

Method and apparatus for preparing nano alumina by using sulfur containing flue gas

The invention discloses a method for preparing nano alumina by using sulfur-containing flue gas system, flue gas containing sulfur and sodium aluminate solution in absorption tower countercurrent contact, after absorption of flue gas discharged from the top of the absorption tower, absorption tower kettle absorption liquid flows into the concentration tank for further reaction and solid-liquid separation, and adding sodium aluminate solution to control the pH value in the 9~12 concentration tank; solid-liquid the separated into the gel precipitation pool, while controlling the pH value in the 9~12 gel mixing, gel filtration, washing, drying and calcining the prepared nano alumina after aging. The invention solves the problems of high cost of production of nanometer alumina and environmental pollution caused by sulfur containing flue gas, realizes the low cost production of sulfur containing flue gas and the high added value of nano alumina.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米氧化铝的制备方法，具体涉及一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法及装置。
技术介绍
纳米氧化铝是一种尺寸为1~100nm的超细微粒。自80年代中期纳米级氧化铝粉末问世以来，人们对这一高新材料的认识不断加深，并发现它的许多特性，如表面积非常大、表面张力极大、颗粒间的结合力非常大、铁系合金的超微颗粒磁性明显强于块状金属、超微颗粒对光有强烈的吸收能力、熔点比金属块低得多、化学活性强，易起化学反应、在低温时几乎没有热的绝缘性等。纳米氧化铝因其表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减小而急剧增大，所以显示出强烈的体积效应(小尺寸效应)、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，进而在光、电、热力学和化学反应等许多方面表现出一系列的优异性能。纳米氧化铝应用十分广泛，如制作耐热材料、导弹窗口和高压钠灯灯管材料、计算机集成电路基片、耐磨材料和生物陶瓷材料、催化剂和催化剂载体、航空兵武装直升机底部反轻武器的所用的装甲、机械切削加工用的陶瓷刀片、人造宝石原料、复合陶瓷、低温塑性陶瓷、防污防尘耐磨防火的纳米陶瓷涂料、防晒护肤品、有机高分子材料和无机材料的硬质弥散相、汽车尾气净化器的催化剂等都需要大量纳米氧化铝粉。纳米氧化铝粉体的制备方法归纳起来可分为物理法和化学法两大类，而纳米氧化铝粉体多采用化学法制备，化学法包括化学气相法和液相法。化学气相法中原料在反应前必须完全气化，这需要消耗很多的能量，而且反应需要大量的惰性气体，这两方面导致成本偏高，不适合大批量工业化生产。液相法是通过液相合成粉体，由于在液相中配制，可实现分子原子水平上的均匀混合，制得的粉体颗粒小，纯度高，形状规整，粒径分布范围窄。然而，不管是物理法和化学法，生产成本较高，不宜规模扩大，降低纳米氧化铝生产成本成为制约纳米氧化铝工业发展的一个瓶颈。CN98110593.9公开了一种以偏铝酸钠-二氧化碳为原料制备活性氧化铝的方法，其特点是在采用单流变pH值中和成胶的同时，根据催化剂的需要选择相应的制备条件或选择适宜的助剂对氧化铝进行改性。具体包括：(1)将氢氧化铝粉和氢氧化钠配成浓偏铝酸钠溶液，然后稀释；(2)将步骤(1)所得的溶液在搅拌下通入CO2气体，控制pH值达8～12时停止成胶；(3)将步骤(2)所得的浆液过滤、洗涤、干燥得拟薄水铝石干胶；(4)将步骤(3)所得的物料粉碎，加入扩孔剂，配料捏合成型，干燥、焙烧得氧化铝载体。所制备的氧化铝孔容大、晶相纯、杂质含量低，并可对其孔结构进行适当的调整。该专利是利用NaAlO2溶液可以与CO2发生如下反应：CO2(少量)+2NaAlO2+3H2O=Na2CO3+2Al(OH)3↓CO2(过量)+NaAlO2+2H2O=NaHCO3+Al(OH)3↓但是上述方法利用二氧化碳气体作为反应物，由于二氧化碳溶于水产生的碳酸酸性较弱，对整个溶液系统pH调节性较差，从而使二氧化碳与偏铝酸钠反应较慢，导致反应时间相对较长，因此不利于生成的纳米氧化铝大小的控制。另一方面，在炼油工业上，催化裂化或S-Zorb再生烟气中含有大量的SO2，直接排放污染环境，而且国家法规日益严重，因此含硫烟气需要进行脱硫处理后排入大气，传统的方法一般采用化学碱溶液对其进行化学吸收处理，处理后的富吸收液氧化后排放到污水厂处理，这样不但加大了污水厂的负荷，而且烟气中的硫资源没有回收利用。虽然现今开发了氨法、双碱法等回收型脱硫技术，但是其产品本身附加值较低，而且往往纯度达不到市场要求。文献“偏铝酸钠法烟气脱硫装置的开发”（谢霞辉，丁及译，硫酸工业，1980年）中报道了日本东丽工程公司开发的一种烟气脱硫方法，应用偏铝酸钠处理烟气脱硫，回收硫酸铝的方法，简称“偏铝酸钠-硫酸铝法”。该法利用偏铝酸钠作吸收剂回收硫酸铝，可将烟气中的硫制成有用的凝聚剂。该过程可分为吸收反应和氧化反应两个步骤，在吸收反应塔中，用硫酸铝和硫酸钠的混合液作吸收，进行循环使用，并在循环液中补充偏铝酸钠。反应中生成的氢氧化铝与二氧化硫起反应。随着吸收液亚硫酸铝浓度的增加，对二氧化硫的吸收能力不断降低。因此，需将溶液进行氧化，将亚硫酸铝氧化为硫酸铝后的溶液一部分返回吸收塔作淋洒吸收液，吸收二氧化硫气体用；一部分作为副产品引出。该方法主要是吸收烟气中二氧化硫用于制备硫酸铝凝聚剂，并不适用于制备纳米氧化铝等。
技术实现思路
本专利技术提出了一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法及装置。本专利技术解决了纳米氧化铝生产成本高及含硫烟气污染环境的问题，实现了含硫烟气的达标排放和高附加值纳米氧化铝的低成本生产。本专利技术含硫烟气制备纳米氧化铝的方法，包括如下内容：高温含硫在吸收塔内与偏铝酸钠溶液逆流接触，吸收后烟气从吸收塔顶部排出，吸收塔釜吸收液流入浓缩槽进行进一步反应和固液分离，并加入偏铝酸钠溶液控制浓缩槽pH值在9~12；固液分离出的沉淀进入凝胶池，搅拌凝胶同时控制pH值在9~12，凝胶老化后进行抽滤、洗涤、干燥和焙烧制得纳米氧化铝。本专利技术所述的含硫烟气来源于硫磺回收装置焚烧尾气、催化裂化再生尾气或S-zorb再生尾气。高温含硫烟气降温至40~55℃，在吸收塔内与偏铝酸钠溶液逆流接触，控制吸收塔釜吸收液pH值在5~7。本专利技术所述的吸收塔下端为吸收塔釜，吸收塔釜上方为烟气入口，烟气入口处设有工艺水冷却设备，高温含硫烟气在进入吸收塔前经工艺水急冷后温度降至40℃~55℃。吸收塔中端为烟气喷淋吸收段，在喷淋吸收段设有1~3层喷淋设备，降温后的含硫烟气首先与水反应生成亚硫酸，部分二氧化硫与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀和亚硫酸钠等产物，吸收塔内pH值控制在5~6，液气比为2~7。在喷淋吸收段上端设有除雾器，烟气经过除雾器时可有效的去除其中携带的液滴；除雾器设有冲洗设备，可以喷洒工艺水对除雾器进行冲洗，防止其结垢堵塞。通过除雾器之后的洁净烟气从吸收塔顶部的烟道排出。经处理后烟气中的二氧化硫脱除率能达到95%以上。本专利技术采用质量浓度为15%~45%的偏铝酸钠溶液调节pH值，偏铝酸钠溶液的加入量通过pH值进行控制，保持吸收塔釜吸收液pH值为5-7，浓缩槽中溶液pH值为9~12。吸收塔釜吸收液一部分进入喷淋层洗涤烟气，一部分自流入浓缩槽中进行进一步的中和反应和固液沉降分离，浓缩槽上清液可以用于制备偏铝酸钠溶液。固液分离后，沉淀到浓缩槽底部的氢氧化铝进入到凝胶池，在搅拌凝胶同时控制pH值在9~10，凝胶老化2~12h后进行真空抽滤和洗涤，分离出的液体进行氧化，COD达标后作为废液排放。将洗涤抽滤后的凝胶进行干燥，干燥温度一般控制在100~150℃。最后将干燥好的凝胶进行焙烧，焙烧温度根据需要得到的目标产品的不同进行控制，当目标产物为γ-Al2O3，焙烧温度为450℃~550℃；当目标产物为α-Al2O3，焙烧温度为1200℃以上。本专利技术含硫烟气制备纳米氧化铝的装置包括吸收塔、循环泵、偏铝酸钠料仓、螺旋给料机、补液槽、浓缩槽、渣浆泵、氧化罐、凝胶池、真空过滤机、干燥机、焙烧设备、急冷器。本专利技术将偏铝酸钠吸收液与烟气中的SO2进行的反应分为吸收和反应两个阶段。吸收过程主要发生在吸收塔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法，其特征在于包括如下内容：将含硫烟气在吸收塔内与偏铝酸钠溶液逆流接触，吸收后烟气从吸收塔顶部排出，吸收塔釜吸收液流入浓缩槽进行进一步反应和固液分离，并加入偏铝酸钠溶液控制浓缩槽pH值在9~12；固液分离出的沉淀进入凝胶池，搅拌凝胶同时控制pH值在9~12，凝胶老化后进行抽滤、洗涤、干燥和焙烧制得纳米氧化铝。

【技术特征摘要】
1.一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法，其特征在于包括如下内容：将含硫烟气在吸收塔内与偏铝酸钠溶液逆流接触，吸收后烟气从吸收塔顶部排出，吸收塔釜吸收液流入浓缩槽进行进一步反应和固液分离，并加入偏铝酸钠溶液控制浓缩槽pH值在9~12；固液分离出的沉淀进入凝胶池，搅拌凝胶同时控制pH值在9~12，凝胶老化后进行抽滤、洗涤、干燥和焙烧制得纳米氧化铝。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的含硫烟气来源于硫磺回收装置焚烧尾气、催化裂化再生尾气或S-zorb再生尾气。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：将含硫烟气降温至40~55℃，在吸收塔内与偏铝酸钠溶液逆流接触，控制吸收塔釜吸收液pH值在5~7。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：所述吸收塔釜上方为烟气入口，烟气入口处设有工艺水冷却设备，高温含硫烟气在进入吸收塔前经工艺水急冷后温度降至40℃~55℃。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述吸收塔中端为烟气喷淋吸收段，在喷淋吸收段设有1~3层喷淋设备，吸收塔内pH值控制在5~6，液气比为2~7。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘志禹，陈新，马蕊英，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11