CN107754600A - 一种烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂及其制备方法和应用，该钢渣吸收剂主要由以下重量份的原料所制成：65‑85份钢渣粉、6‑15份Ca(OH)2、6‑15份活性炭、6‑15份KMnO4、1‑2份Ca2V2O7。本发明的钢渣吸收剂可实现烟气同时脱碳脱硫脱销，简化了烟气处理工艺，同时不需要将烟气升温到碳化反应温度而提供额外的能量，节约了能源，可以低温情况下对CO2、SO2和NO的脱除效率可以分别达到80％以上，99％和90％以上。同时本发明实现了钢渣的高效利用，达到以废治废的目的。本发明钢渣烟气吸收剂制备方法简单方便，成本低廉，原料来源广，可以在工业上推广应用。
Description
技术领域
本发明属于固废资源二次利用领域，具体是一种烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂及其制备方法和应用。
背景技术
工业燃煤烟气中有害物的脱除是一项极其重要的工作，燃煤烟气中通常含有SO2、NOx及CO2，目前，SO2的脱除最常用的是石灰石-石膏湿法脱硫，该技术主要利用石灰石浆液与烟气中的SO2发生化学反应生成硫酸钙，从而实现烟气中SO2的脱除。而烟气中的NOx的脱除有非催化还原法、催化还原法等。烟气中的SO2、NOx需经脱硫装置和脱硝装置分别脱除，工艺复杂、运行费用高。其外，烟气中CO2的捕集亦受到越来越多的关注，其中利用CaO或含钙矿物进行CO2捕集是一项热点研究技术[CN101844038A]。该技术中钙基吸收剂需在550-650℃之间与CO2反应生成CaCO3，实现对CO2的捕集。但工业烟气的温度一般在200℃以下，采用上述技术将烟气升温到碳化反应温度需要提供额外的能量，提高了CO2的捕集成本。再者，关于同时脱除两种有害气体的方法较少，协同脱硫脱硝研究多集中于在钙基吸收剂中加入氧化剂将NO氧化为NO2，继而NO2与SO2被钙基吸收剂同时吸收。研究中采用的钙基吸收剂主要有CaCO3[白云峰等，煤炭学报，2008，33，575-578。]，CaO/Ca(OH)2、粉煤灰[CN1247294C]等；采用的氧化剂主要有KMnO4、NaClO2、CaClO3、H2O2等。现有技术表明，目前尚无同时脱碳脱硫脱硝方法的报道。
钢渣是炼钢产生的工业废渣，它含有大量CaO(质量分数35-62％)，已有钢渣作为固碳(CO2)、脱除SO2的研究，[CN103111186A]、[CN101428193B]，但无同时脱碳脱硫脱硝的报道。若能用钢渣作为主要原料，实现燃煤烟气的净化，将是一项以废治废的技术，不仅对烟气净化具有重要意义，也可实现钢渣的高效再利用，并降低烟气治理成本。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂，该吸收剂可实现烟气同时脱碳脱硫脱销，简化了烟气处理工艺并且实现了钢渣的高效利用，达到以废治废的目的。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂，其特征在于，主要由以下重量份的原料所制成：65-85份钢渣粉、6-15份Ca(OH)2、6-15份活性炭、6-15份KMnO4、1-2份Ca2V2O7。
作为优选，所述烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂主要由以下重量份的原料所制成：73.5-75份钢渣粉、7-10份Ca(OH)2、6-13份活性炭、6-13份KMnO4、1-2份Ca2V2O7。
本发明所述的烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按比例机械混合，研磨成复合细粉；
(2)将步骤(1)的复合细粉装入反应釜中，加水进行搅拌得钢渣浆；
(3)将搅拌后的钢渣浆进行干燥，将干燥后的物质进行破碎，并过筛，得到钢渣吸收剂。
作为优选，步骤(1)所述的复合细粉的粒径小于160目。
作为优选，步骤(2)所述加水量与复合细粉的质量比为5-25，所述搅拌为在30-90℃常压下搅拌4-20h。
作为优选，步骤(2)所述干燥为30-50℃干燥12-24h。
本发明所述的烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂在低温吸收烟气中CO2、SO2和NOx中的应用。低温可以是30-120℃。
钢渣吸收剂脱碳脱硫脱硝实验评价方法：向钢渣吸收剂滴加适量的水，使之完全润湿，然后将其装入固定床反应器，通入模拟烟气混合气(钢渣吸收剂与烟气混合气的固气比为13:1kg/m3)，其中CO2浓度0.5-5％，SO2浓度300-2000ppm，NO浓度200-1000ppm，O2浓度5-10％，N2为载气，实验中N2通过水将水蒸气带入反应器以保持反应器内湿度，在温度30-120℃评价钢渣吸收剂对烟气中CO2、SO2和NOx的吸收效率。烟气吸收中CO2以CaCO3的形式被固定下来，SO2以CaSO4的形式被固定下来，NOx以Ca(NO3)2和Ca(NO2)2的形式被固定下来。
本发明中的所有原料均由市售可得。
本发明在已有催化剂的基础上，添加适量的活性炭和钒酸钙(Ca2V2O7)，有效地提高了钢渣吸收剂的CO2、SO2和NO的脱除效率。其中，1)高锰酸钾对活性炭起到表面修饰的作用，通过在活性炭表面增加含氧基团的数量，增加钢渣吸收剂对二氧化碳、二氧化硫以及一氧化氮的吸收量。同时活性炭的引入也可以极大地增加钢渣吸收剂的孔隙度，提高气固相的接触面积，提高催化效率；2)在传统脱硫脱硝催化剂中，钒原子是重要的催化剂活性成分。而大多数情况下，脱销催化剂中的钒是以五氧化二钒的形式存在的。但是相对于五氧化二钒而言，使用钒酸钙做催化剂的优势更大。主要表现为：1)可以控制钒酸钙的制备过程，通过调变反应参数，继而控制钒酸钙的形貌和尺寸，增加其比表面积，进而增加其表面活性原子数目，提高催化活性；2)在废气处理过程中，钒酸钙和钢渣中的钙成分在一定的温度下可以通过相互作用，紧密结合，显著提高钢渣吸收剂中不同成分的协同效应，实现一加一大于二的效应。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的钢渣吸收剂可实现烟气同时脱碳脱硫脱销，简化了烟气处理工艺，同时不需要将烟气升温到碳化反应温度而提供额外的能量，节约了能源，可以低温情况下对CO2、SO2和NO的脱除效率可以分别达到90％以上，99％和90％以上。
(2)本发明实现了钢渣的高效利用，达到以废治废的目的。
(3)本发明钢渣烟气吸收剂制备方法简单方便，成本低廉，原料来源广，可以在工业上推广应用。
附图说明
图1为本发明用于烟气吸收评价装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份75份、10份、7份、7份、1份的比例机械混合，研磨成粒径小于160目的复合细粉，再将复合细粉装入反应釜中；称量定量的水，使水的质量与复合细粉的质量比为10，将水倒入复合细粉，在密闭条件下50℃常压搅拌12h；将搅拌后的钢渣浆液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，干燥时间20h；将干燥后的复合细粉进行破碎并通过160目筛，得到钢渣吸收剂。
钢渣吸收剂同时脱碳脱硫脱硝性能评价：向钢渣吸收剂滴加适量水，使之完全润湿，然后将其装入固定床反应器，通入模拟烟气混合气(固气比为13:1kg/m3)，其中CO2浓度0.5％，SO2浓度1000ppm，NO浓度600ppm，O2浓度8％，N2为载气，实验中N2和氧气通过水将水蒸气带入反应器以保持反应器内湿度。烟气吸收温度120℃，烟气流量60mL/min，吸收剂床层直径5cm、高8cm。采用烟气分析仪对出口气体浓度进行检测。烟气吸收评价装置示意图如图1所示(其中1-质量流量计、2-水浴、3-孟氏洗瓶、4-混气罐、5-电加热器、6-管式炉、7-石英管、8-吸收剂、9-烟气检测仪、10-碱吸收液)；钢渣吸收剂的烟气脱碳脱硫脱硝效率如表1所示。
实施例2
将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份73.5份、9.8份、6.86份、13份、1份的比例机械混合，，研磨成粒径小于160目的复合细粉，再将复合细粉装入反应釜中；称量定量的水，使水的质量与复合细粉的质量比为10，将水倒入复合细粉，在密闭条件下50℃常压搅拌12h；将搅拌后的钢渣浆液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，干燥时间20h；将干燥后的复合细粉进行破碎并通过160目筛，得到钢渣吸收剂。
钢渣吸收剂同时脱碳脱硫脱硝的性能评价条件如实施例1所述，钢渣吸收剂的烟气脱碳脱硫脱硝效率如表1所示。
实施例3
将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份73.5份、9.8份、13份、6.86份、1份的比例机械混合，研磨成粒径小于160目的复合细粉，再将复合细粉装入反应釜中；称量定量的水，使水的质量与复合细粉的质量比为10，将水倒入复合细粉，在密闭条件下50℃常压搅拌12h；将搅拌后的钢渣浆液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，干燥时间20h；将干燥后的复合细粉进行破碎并通过160目筛，得到钢渣吸收剂。
钢渣吸收剂同时脱碳脱硫脱硝的性能评价条件如实施例1所述，钢渣吸收剂的烟气脱碳脱硫脱硝效率如表1所示。
实施例4
将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份75份、10份、7份、7份、1份的比例机械混合，研磨成粒径小于160目的复合细粉，再将复合细粉装入反应釜中；称量定量的水，使水的质量与复合细粉的质量比为10，将水倒入复合细粉，在密闭条件下60℃常压搅拌20h；将搅拌后的钢渣浆液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度40℃，干燥时间20h；将干燥后的复合细粉进行破碎并通过160目筛，得到钢渣吸收剂。
钢渣吸收剂同时脱碳脱硫脱硝的性能评价条件如实施例1所述，钢渣吸收剂的烟气脱碳脱硫脱硝效率如表1所示。
实施例5
将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份65份、6份、15份、15份、1份的比例机械混合，研磨成粒径小于160目的复合细粉，再将复合细粉装入反应釜中；称量定量的水，使水的质量与复合细粉的质量比为5，将水倒入复合细粉，在密闭条件下30℃常压搅拌20h；将搅拌后的钢渣浆液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50℃，干燥时间12h；将干燥后的复合细粉进行破碎并通过160目筛，得到钢渣吸收剂。
实施例6
将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份85份、15份、6份、6份、2份的比例机械混合，研磨成粒径小于160目的复合细粉，再将复合细粉装入反应釜中；称量定量的水，使水的质量与复合细粉的质量比为25，将水倒入复合细粉，在密闭条件下90℃常压搅拌4h；将搅拌后的钢渣浆液置于真空干燥箱中干燥，干燥温度30℃，干燥时间24h；将干燥后的复合细粉进行破碎并通过160目筛，得到钢渣吸收剂。
实施例7
实施例7与实施例5的原料和制备方法相同，不同之处在于：球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份73.5份、10份、13份、13份、1份的比例机械混合。
实施例8
实施例8与实施例5的原料和制备方法相同，不同之处在于：球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按重量份75份、7份、6份、6份、2份的比例机械混合。
此外，本发明还做了对比试验：
对比例1采用实施例1相同原料和制备方法，不同之处在于，不含Ca2V2O7；
对比例2采用实施例1相同原料和制备方法，不同之处在于，不含活性炭；
对比例3采用实施例1相同原料和制备方法，不同之处在于，不含活性炭和Ca2V2O7。
对比例1-3均采用实施例1相同的钢渣吸收剂同时脱碳脱硫脱硝的性能评价条件；检测对比例1-3钢渣吸收剂的烟气脱碳脱硫脱硝效率，结果如表1所示。
表1钢渣吸收剂的烟气脱碳脱硫脱硝效率
由表1结果可知，本发明制备的钢渣吸收剂可以同时脱碳脱硫脱销并且效果明显优于对比例，同时本发明中添加适量的活性炭和钒酸钙(Ca2V2O7)证明可以有效地提高了钢渣吸收剂的CO2、SO2和NO的脱除效率。
Claims (7)
1.一种烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂，其特征在于，主要由以下重量份的原料所制成：65-85份钢渣粉、6-15份Ca(OH)2、6-15份活性炭、6-15份KMnO4、1-2份Ca2V2O7。
2.根据权利要求1所述的烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂，主要由以下重量份的原料所制成：73.5-75份钢渣粉、7-10份Ca(OH)2、6-13份活性炭、6-13份KMnO4、1-2份Ca2V2O7。
3.一种权利要求1所述的烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将球磨后钢渣粉、Ca(OH)2、活性炭、KMnO4、Ca2V2O7按比例机械混合，研磨成复合细粉；
(2)将步骤(1)的复合细粉装入反应釜中，加水进行搅拌得钢渣浆；
(3)将搅拌后的钢渣浆进行干燥，将干燥后的物质进行破碎，并过筛，得到钢渣吸收剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，步骤(1)所述的复合细粉的粒径小于160目。
5.根据权利要求3所述的制备方法，步骤(2)所述加水量与复合细粉的质量比为5-25，所述搅拌为在30-90℃常压下搅拌4-20h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，步骤(2)所述干燥为30-50℃干燥12-24h。
7.一种权利要求1所述的烟气同时脱碳脱硫脱硝的钢渣吸收剂在低温吸收烟气中CO2、SO2和NOx中的应用。
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