SO3高选择性吸收剂的制备方法及制备系统技术方案

本发明专利技术公开了一种SO3高选择性吸收剂的制备方法及制备系统。系统包括原料罐、溶解罐、集灰斗、飞灰筛分装置、搅拌干燥器和研磨机，筛选出平均粒径为4～10μm的飞灰作为载体颗粒，以易溶的亚硫酸盐或亚硫酸氢盐作为活性组分，使活性组分包覆到载体颗粒上，并使得所述载体颗粒表面包覆的活性组分层厚度小于等于1μm，制备得到SO3高选择性吸收剂。飞灰筛分装置选用旋风分离器。本发明专利技术具有SO3选择性高、吸收剂利用率高、烟气中SO3脱除成本低等优点，同时避免了因吸收剂颗粒给入可能造成的烟气颗粒物排放超标问题。放超标问题。放超标问题。

Preparation method and system of SO3 highly selective absorbent

【技术实现步骤摘要】
SO3高选择性吸收剂的制备方法及制备系统


[0001]本专利技术涉及一种用于脱除烟气中SO3的SO3高选择性吸收剂制备方法及制备系统，尤其涉及煤燃烧排放烟气中SO3的高选择性脱除，属于气体污染处理


技术介绍

[0002]烟气中含有多种污染物，其中颗粒物、SO2、NO
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为常规污染物，工业燃煤装置都安装有专门的除尘以及脱硫、脱硝装置对其排放加以控制，中国涉及烟气治理的主要行业如火电厂、钢铁、水泥等行业均已实现常规污染物的超低排放。SO3属于烟气中的非常规污染物，伴随选择性催化还原(SCR)脱硝技术在烟气治理中的普遍应用，SCR催化剂可以催化烟气中的SO2部分氧化成SO3，加上炉内燃烧过程中煤的部分硫分会转化为SO3，使得烟气中SO3浓度在几十甚至上百ppm。烟气中SO3浓度的增加一方面会造成烟气系统低温区间设备的腐蚀，另一方面会形成有色烟羽。硫酸雾排放带来的环境污染问题需要解决，因此需要针对烟气中的SO3开发高效的脱除技术。
[0003]目前，对于烟气中SO3的脱除主要有两种技术路线。一种技术路线是在低烟温区间SO3凝结后，利用低温除尘和湿法脱硫装置协同脱除硫酸雾。由于硫酸雾粒径小，这种方法脱除效果有限，适用于原烟气中SO3浓度较低的情况。另一种技术路线是在适当的烟温区间向烟气中喷射吸收剂，通过化学反应将气态SO3转化为颗粒态，与烟尘一起被除尘装置脱除，这种方法可以通过调整吸收剂喷射量，实现高SO3脱除率，适用于原烟气中SO3浓度高的情况。
[0004]脱除SO3的吸收剂可以分为两类。一类是碱性吸收剂，如Ca(OH)2、Mg(OH)2、Na2CO3、CaO和MgO等。以氢氧化钙为例，两者通过反应式(1)的酸碱反应生成硫酸钙，从而将SO3固化下来。但碱性吸收剂在与烟气中SO3反应的同时，还会与烟气中的SO2发生反应，生成亚硫酸盐，由于烟气中SO2的浓度远高于SO3，其对吸收剂的消耗也大于SO3，因而存在因为竞争反应引起的碱性吸收剂利用率低、脱SO3成本高的问题。《燃煤烟气SO3吸收脱除过程中的竞争机制研究》(何柯佳，2020)研究表明，Ca(OH)2等碱性吸收剂脱除SO3过程中，SO2和SO3之间存在明显的竞争反应，减小颗粒粒径有助于提高颗粒利用率与吸收选择性：当Ca(OH)2颗粒半径从5μm减小到0.5μm，SO3更容易通过颗粒内孔隙从外表面向颗粒中心扩散，SO3脱除率和Ca(OH)2颗粒的总利用率以及和Ca(OH)2吸收SO3的选择性均得到提高。增大Ca(OH)2颗粒孔隙率亦然。而增大Ca(OH)2颗粒比表面积，Ca(OH)2吸收SO3的选择性下降。
[0005]Ca(OH)2+SO3＝CaSO4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0006]另一类吸收剂是亚硫酸盐与亚硫酸氢盐，如NaHSO3、Na2SO3等。以钠盐为例，该类吸收剂通过与SO3发生如反应式(2)和(3)所示的置换反应，将SO3固化下来。由于被置换出来的SO2量远小于烟气中SO2的本底值，能够一同被下游的湿法脱硫装置脱除，不会影响湿法脱硫的正常运行以及SO2的排放达标。
[0007]由于亚硫酸盐/亚硫酸氢盐易溶解，这类吸收剂可以采用两种方式给入烟气，一种方式是将吸收剂制成溶液雾化给入，进入热烟气中的液滴会迅速干燥生成细粒径的颗粒，
继而与烟气中的组分发生反应。美国Codan公司在SCR反应器后将NaHSO3/Na2SO3溶液雾化喷入烟气(US EPRI report,2002)，可实现90％左右的SO3脱除率。
[0008]2NaHSO3+SO3＝Na2SO4+2SO2+H2O
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(2)
[0009]Na2SO3+SO3＝Na2SO4+SO2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0010]但这类吸收剂中S的价态为+4价，容易被烟气中的氧气氧化生成硫酸盐(如反应式(4)和(5)所示)，从而影响其与SO3发生置换反应的选择性，产生吸收剂利用率低、脱SO3成本高的问题。
[0011]4NaHSO3+O2＝2Na2SO4+2SO2+2H2O
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(4)
[0012]2Na2SO3+O2＝2Na2SO4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0013]采用溶液雾化给入的方式，如果雾化液滴粒径小，可以在热烟气中生成小粒径的吸收剂颗粒，整个吸收剂颗粒的反应活性、选择性和利用率均高，但存在的问题是吸收剂颗粒粒径过小，其被后续除尘装置脱除的效率就会低，从除尘器逃逸的细颗粒量增加，使得颗粒物排放容易超标。以Na2SO3为例进行分析，如烟气中SO3体积浓度为30ppm，按反应式(3)中化学计量系数1:1计算，对应每标准立方米烟气需给入169mg Na2SO3，若完全反应则生成190mg Na2SO4颗粒，如颗粒粒径为1μm，常规电除尘器对该粒径颗粒的脱除效率为95％，则除尘器后烟气中Na2SO4颗粒浓度仍有9.5mg/Nm3，仅这一项已经远超过烟气颗粒物超低排放的标准(5mg/Nm3)。如果喷入的吸收剂溶液雾化液滴粒径大，则在热烟气中干燥生成的吸收剂颗粒粒径大，一方面仅是吸收剂外围可以有效吸收SO3，会造成吸收剂利用率低、给入量大，增加脱SO3的成本，另一方面也容易引起颗粒物排放超标的问题。
[0014]另一种方式是将吸收剂制成颗粒后送入烟气中反应。将亚硫酸盐/亚硫酸氢盐吸收剂先制成颗粒，再送入烟气中反应，同样面临着如何提高吸收剂吸收SO3的选择性、避免颗粒物排放超标的问题。《燃煤烟气SO3吸收脱除过程中的竞争机制研究》(何柯佳，2020)研究同样发现，减少吸收剂颗粒半径和增加比表面积均可以提高SO3脱除率和选择性以及吸收剂颗粒的总利用率，增加吸收剂颗粒孔隙率会降低SO3选择性。只不过此时与SO3竞争的只是O2。
[0015]将吸收剂担载于惰性颗粒形成核壳结构颗粒，是用于改善气固反应性能的常见手段。专利文献CN111111421A(申请日2019年12月16日)公开了一种提高三氧化硫脱除过程吸收剂利用率的装置及方法，认为目前吸收剂利用率低的主要原因是，吸收剂颗粒与烟气中三氧化硫反应后，生成的硫酸盐覆盖于颗粒外表面，烟气难以穿过反应产物层进入颗粒内部，颗粒内部难以得到有效利用。因而提出利用省煤器灰斗的大颗粒飞灰作为惰性载体，惰性载体与碱液(碳酸钠碱液、碳酸氢钠碱液、氢氧化钠碱液、亚硫酸钠碱液或硫代硫酸碱液)混合，制备核壳结构的复合吸收剂。其认为大粒径飞灰颗粒作为载体，使得复合吸收剂具有接触面积大、反应充分的特点，对烟气中三氧化硫的吸收效果好于单一组分吸收剂颗粒。但该专利文献采用省煤器灰斗飞灰制备的吸收剂颗粒，虽然改善了吸收剂颗粒与烟气的接触面积，但只考虑了吸收剂总利用率提高的问题，并没有考虑烟气中O2的氧化带来的竞争反应影响以及吸收剂吸收SO3选择性的问题，同时也没有考虑可能带来的颗粒物排放超标问题。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SO3高选择性吸收剂的制备方法，所述吸收剂能够用于烟气中SO3的脱除，其特征在于，包括：将活性组分和水依次加入到溶解罐中，通过搅拌使其充分溶解获得活性组分溶液，所述活性组分选用易溶的亚硫酸盐或亚硫酸氢盐；获取平均粒径为4～10μm的飞灰作为载体颗粒；将所述活性组分溶液输送至搅拌干燥器，并将所述载体颗粒按照载体颗粒与所述活性组分质量比为1:(0.4～1.4)加入所述搅拌干燥器中搅拌混合并进行干燥，活性组分直接沉积并包覆到载体颗粒上，并使得所述载体颗粒表面包覆的活性组分平均厚度小于等于1μm；干燥后得到松散团聚物；将所述松散团聚物进行研磨成为粉体颗粒，即得到所述高选择性吸收剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌干燥器内的搅拌时间为60～120min，干燥温度为100～150℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述亚硫酸盐包括亚硫酸钠或亚硫酸钾；所述亚硫酸氢盐包括亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋蔷，唐祚洲，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：