一种硫改性固废基脱汞吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种硫改性固废基脱汞吸附剂及其制备方法与应用，制备方法包括如下步骤：将废旧轮胎和生物质破碎后混合均匀，进行共热解反应，共热解反应的温度为500‑900℃，废旧轮胎的质量百分数为5％‑95％，热解设定时间后，制得吸附剂。在热解过程中，共热解过程中加入生物质使得轮胎焦中的硫化物(S

【技术实现步骤摘要】
一种硫改性固废基脱汞吸附剂及其制备方法与应用
本专利技术属于燃煤烟气净化和固体废弃物处置及资源化利用
，具体涉及一种硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法及应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。汞是一种常温常压下以液态形式存在的金属，汞不溶于水且极易挥发，在环境中能稳定存在半年至两年，可以造成全球性的汞污染。研究表明，人类活动是造成全球汞排放的主要原因，而燃煤电站被认为是最大的人为汞排放源之一，因此世界上很多国家均制定出相关法律条规来限制燃煤电厂中汞的排放。截至2016年3月，128个国家已签署由联合国环境保护署倡导的《关于汞的水俣条约》，该条约于2017年8月16日正式生效，旨在保护生态系统免受燃煤等人为汞排放源的危害。汞在燃煤烟气中的存在形态有单质汞(Hg0)、氧化态汞(Hg2+)和颗粒态汞(HgP)三种。其中Hg2+和HgP能分别被湿法脱硫装置和除尘装置(静电除尘器和布袋式除尘器)捕获，而Hg0因其不溶于水和高挥发性无法被烟气净化装置去除。目前，活性炭喷射技术(ACI)被认为是脱除烟气中的汞最为成熟有效的方法，但原始活性炭较低的吸附能力造成喷射过程中较高的C/Hg比，使得ACI技术的成本较高。一种普遍的做法是利用S和卤素(Cl/Br/I)对活性炭进行浸渍改性，相较于含Cl/Br/I脱汞吸附剂，S改性吸附剂的稳定性更佳，因为吸附剂脱汞反应生成的HgS不溶于水，在雨水冲刷或浸泡作用下不易出现汞的滤出释放问题。文献【YanR,LiangDT,TsenL,etal.Bench-scaleexperimentalevaluationofcarbonperformanceonmercuryvaporadsorption.Fuel,2004,83(17-18):2401-2409】通过对比多种硫改性商业活性炭的脱汞性能发现，硫改性可提升吸附剂的脱汞性能，较高的比表面积会促进汞的脱除过程。文献【Lopez-AntónMA,TascónJMD,Martínez-TarazonaMR.Retentionofmercuryinactivatedcarbonsincoalcombustionandgasificationfluegases.FuelProcessingTechnology,2002,77(2):353-358】探究了原始活性炭、硫改性活性炭对煤燃烧和煤气化烟气中汞的脱除特性，发现硫改性活性炭对烟气中Hg0的脱除率高达70％，而未改性活性炭对Hg0的脱除率仅有30％。虽然浸渍改性可以大幅提高吸附剂的脱汞性能，但是化学浸渍法改性耗时较长、工艺复杂且会消耗大量的化学试剂，这使得吸附剂的成本增加，也限制了ACI技术的发展和普及。因此，有必要寻求一种价格低廉、性能较好的吸附剂替代活性炭来脱除燃煤烟气中的汞。随着城市化进程的加快，我国城市固体废弃物(MSW)产量呈逐年增长趋势。废旧轮胎是占比较大的一种固体废弃物，其利用方式一般包括翻新、再生胶、胶粉、热能利用和热解等，由于质优价廉的合成橡胶使轮胎翻新和再生胶的市场变小；受到技术水平及生产设备等诸多问题的限制，用废旧轮胎胶粉作配料生产道路沥青因为成本太高而无法大量使用。将废旧轮胎和其他废弃物一起焚烧，以蒸汽或电力的形式回收能量，虽然可以大量处理废旧轮胎，但资源利用率不高，还会带来二次污染。热裂解法被认为是当今处理废旧轮胎的最佳途径之一，具有处理量大、二次污染小、实现资源回收利用等特点，废旧轮胎裂解，可以回收热解气、热解油、固体碳、钢丝和一些化工产品，其中的固体碳可为炭黑填料使用，但是与橡胶工业使用的补强材料炭黑相比，灰分和油分严重超标，经济价值不高，其市场认可度偏低。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种硫改性固废基脱汞吸附剂及其制备方法与应用。该方法既可以实现废旧轮胎的资源化利用，又能生成含硫脱汞吸附剂，显著提高汞单质的吸附效率。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法，包括如下步骤：将废旧轮胎和生物质破碎后混合均匀，进行共热解反应，共热解反应的温度为500-900℃，废旧轮胎的质量百分数为5％-95％，热解设定时间后，制得吸附剂。共热解过程中加入生物质使得轮胎焦中的硫化物(S2-)向单质硫转化，这主要是因为生物质中含有较多的氧，进而将硫化物氧化为硫单质，硫化物不会增加共热解焦的脱汞性能，但是单质硫可以，所以，制备的吸附剂可以显著提高汞的吸附效率。同时减少了废旧轮胎单独热解过程中硫化氢和二氧化硫等有害气体的释放，实现了固体废弃物的资源化利用。不同存在形态的硫对吸附剂脱汞性能的影响作用不同，如单质硫或有机硫(如C-S)可以促进单质汞的脱除，而硫酸盐(SO42-)或硫化物(S2-)形态的硫对汞的脱除没有促进作用。在本专利技术中，专利技术人发现，生物质类废弃物与废弃轮胎共热解过程中会发生热交互作用，使得轮胎中的硫转化到共热解焦中，并以硫单质、有机硫(C＝S/C-S等)和硫化物(S2-)的形态存在，其中硫单质和有机硫可以促进Hg0的脱除。此外，在生物质中加入废旧轮胎进行共热解，热解过程中两者发生交互作用，使生物质热解油中的氢含量增加、氧含量降低、热值增加，进而提高了生物质热解油的产率、品质和稳定性。在一些实施例中，所述生物质为废弃纸张、废木、废竹、玉米芯或稻壳。在一些实施例中，废旧轮胎与生物质的质量比为1:3-3:1，进一步为0.8-1.2:1。经过试验发现，当废旧轮胎和生物质的质量比为1:1左右时，制备得到的吸附剂对汞的吸附性能最好。进一步的，废旧轮胎与生物质的质量比为1:1。在一些实施例中，废旧轮胎破碎后的粒径为10-100μm，生物质破碎后的粒径为10-100μm。在一些实施例中，热解温度为700-900℃，进一步为800℃。进一步的，热解时间为10-120min。在一些实施例中，所述共热解反应在惰性气氛中进行。如氮气、二氧化碳或氩气气氛。上述制备方法制备得到的吸附剂。所述吸附剂在烟气脱汞中的应用。进一步的，烟气脱汞时的烟气温度为70-200℃，更进一步的，烟气温度为90-150℃。本专利技术的有益效果为：1.以生物质废弃物为碳基材料，以废旧轮胎为活性组分前驱体，原料来源广泛、低廉易得，实现原料“零”成本；2.采用一步共热解法代替传统两步法(先炭化后浸渍改性)制备吸附剂，简化了制备方法；3.实现“以废脱毒”的技术路线，将对环境有害的元素转化为对脱汞有利的活性位，在制得的吸附剂中引入有机硫(C-S/C＝S等)和单质S，同时减少废旧轮胎单独热解过程中H2S/SO2等有害气体的释放，真正实现了将固体废弃物资源化利用这一目标。4.共热解过程中加入废旧轮胎，使得生物质热解油的产率、品质(氢含量增加，氧含量降低，热值增加)和稳定性(因生物油本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n将废旧轮胎和生物质破碎后混合均匀，进行共热解反应，共热解反应的温度为500-900℃，废旧轮胎的质量百分数为5％-95％，热解设定时间后，制得吸附剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将废旧轮胎和生物质破碎后混合均匀，进行共热解反应，共热解反应的温度为500-900℃，废旧轮胎的质量百分数为5％-95％，热解设定时间后，制得吸附剂。


2.根据权利要求1所述的硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：所述生物质为废弃纸张、废木、废竹、玉米芯或稻壳。


3.根据权利要求1所述的硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：废旧轮胎与生物质的质量比为1:3-3:1；
进一步的额，废旧轮胎与生物质的质量比为0.8-1.2:1；
更进一步的，废旧轮胎与生物质的质量比为1:1。


4.根据权利要求1所述的硫改性固废基脱汞吸附剂的制备方法，其特征在于：废旧轮胎破碎后的粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：许洋，张庆竹，崔伟，徐菲，李延伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37