一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法,它包括以下步驟:1)制備水玻璃溶液;2)煙道氣凈化;3)碳化:將步驟2)所回收的凈化煙道氣通入到步驟1)所獲得的硅酸鈉溶液中,使硅酸鈉溶液與煙道氣中的二氧化碳發(fā)生酸化中和反應(yīng);4)分離二氧化硅:對步驟3)所生成的固、液混合物進(jìn)行過濾,使其中的二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液分離開來;5)白炭黑成品干燥;6)過濾液處理制備超細(xì)碳酸鈣:將石灰水加入步驟5)所分離出的碳酸鈉溶液處理中,再經(jīng)過分離、干燥、粉碎獲得超細(xì)碳酸鈣成品。該方法生產(chǎn)的白炭黑的比表面積較大,能耗低,還可以使生物質(zhì)發(fā)電廠的煙道氣中的溫室氣排放大幅減少。
【專利說明】一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鍋爐煙道氣的利用技術(shù),具體涉及一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,白炭黑生產(chǎn)方法分為沉淀法和氣相法兩種。氣相法白炭黑產(chǎn)品質(zhì)量高,其產(chǎn)品微納米級,使用在許多高端產(chǎn)品上。但是,氣相白炭黑生產(chǎn)的環(huán)境十分惡劣,污染嚴(yán)重。由于氣相白炭黑的價(jià)格高昂,一般使用沉淀法白炭黑。沉淀法則采用硫酸或鹽酸與水玻璃反應(yīng)而得。由于硫酸法或鹽酸法所生成白炭黑的比表面積小,一般為90-120m2/g。在生產(chǎn)使用局限性大,市場居于低下檔次,價(jià)格為6000元/噸以下。國內(nèi)許多白炭黑廠家都用這種方法,產(chǎn)量比較大,在最近幾年內(nèi)可能要淘汰部分生產(chǎn)廠家。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法,該方法生產(chǎn)的白炭黑的比表面積較大,能耗低,還可以使生物質(zhì)發(fā)電廠的煙道氣中的溫室氣排放大幅減少。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法,它包括以下步驟:
1)制備水玻璃溶液:將水玻璃溶解在軟水中;
2)煙道氣凈化:以鍋爐燃燒所產(chǎn)`生的煙氣為原料,將煙道氣冷卻、精細(xì)凈化、鼓風(fēng)加壓后,作為制取白炭黑的原料氣;
這個(gè)煙道氣可以是燃煤鍋爐,也可以是燃燒生物質(zhì)鍋爐,還可以是燃燒天然氣的蒸汽鍋爐產(chǎn)生的;
3)碳化:將步驟2)所回收的凈化煙道氣通入到步驟I)所獲得的硅酸鈉溶液中,使硅酸鈉溶液與煙道氣中的二氧化碳發(fā)生酸化中和反應(yīng),煙道氣氣壓為表壓5886Pa,反應(yīng)溫度為85、5°C,反應(yīng)時(shí)間為2.5^4.5h,生成二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液的固液混合物;
4)分離二氧化硅:對步驟3)所生成的固、液混合物進(jìn)行過濾,使其中的二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液分離開來;
5)白炭黑成品干燥:對步驟4)所分離出的二氧化硅沉淀進(jìn)行洗滌、干燥,獲得白炭黑成品;
6)過濾液處理制備超細(xì)碳酸鈣:將石灰水加入步驟5)所分離出的碳酸鈉溶液處理中,再經(jīng)過分離、干燥、粉碎獲得超細(xì)碳酸鈣成品。
[0005]上述方案中,所述步驟I)中的水玻璃溶液的質(zhì)量百分比濃度為f 15%。
[0006]上述方案中,所述步驟2)中,將煙道氣冷卻到40°C以下,然后將其加壓到表壓為5886Pa,經(jīng)過精密過濾,使煙氣含灰塵小于5mg/Nm3備用。[0007]上述方案中,所述步驟3)中的反應(yīng)溫度優(yōu)選為90°C,反應(yīng)時(shí)間為2.5h,使硅酸鈉溶液與煙道氣中的二氧化碳發(fā)生充分的酸化中和反應(yīng),以盡可能多地生成二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液,為制備白炭黑打好基礎(chǔ)。其化學(xué)反應(yīng)方程式如下:
Na2Si 03+C02+nH20=Na2C03+S i 02--nH20
上述利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法制備得到的白炭黑。
[0008]上述方案中,所述白炭黑的粒徑為10-100nm。
[0009]上述方案中,所述白炭黑的比表面積為16(T250m2/g。
[0010]本發(fā)明將煙道氣進(jìn)行碳化(酸化)中和處理,所獲得的白炭黑和超細(xì)碳酸鈣,其優(yōu)點(diǎn)在于:
一、采用煙道氣中的二氧化碳作為酸化中和介質(zhì),二氧化碳取至發(fā)電廠的煙道廢氣,不僅原料成本極低、來源有充分,而且用二氧化碳代替硫酸或鹽酸,在工藝操作上排除了強(qiáng)酸的大量介入,避免了硫酸或鹽酸在運(yùn)輸、儲存和生產(chǎn)中的許多危險(xiǎn)和安全隱患、以及對環(huán)境的污染。以年產(chǎn)白炭黑3萬噸的工廠為例,每年可以節(jié)省硫酸或鹽酸約1.6萬噸。
[0011]二、大量煙道氣的合理利用,使發(fā)電廠的溫室氣體二氧化碳?xì)怏w大幅降低,有效減少了工業(yè)廢氣的排放,使發(fā)電廠變成了一個(gè)環(huán)保型的清潔工廠。還以年產(chǎn)白炭黑3萬噸的工廠為例,每年可以減少排放二氧化碳?xì)怏w約15000噸。
[0012]三、本專利則采用燃燒生物質(zhì)鍋爐煙道氣代替硫酸和鹽酸碳化水玻璃,其產(chǎn)品白炭黑的比表面積提高較大,達(dá)到130-250m2/g,一次粒子達(dá)到納米級,可以作為橡膠的增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)劑,可以替代部分氣相白炭黑的用途,產(chǎn)品價(jià)格提高到12000-16000元/噸。生產(chǎn)環(huán)境友好,沒有毒性物排出。生產(chǎn)能耗比采用硫酸或鹽酸法的低,生產(chǎn)成本也低。因此,采用煙道氣碳化水玻璃生產(chǎn)沉淀白炭黑具有比較好的發(fā)展前景。
[0013]四、本專利是在本 申請人:2007-10-31申請專利“200710053717.2”的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)而來:專利“200710053717.2”是將煙道氣采用MEA法脫除煙道氣中的二氧化碳,然后用蒸汽加熱MEA溶液,將二氧化碳解析出來,經(jīng)過加壓送到反應(yīng)釜使用;本專利則采用將煙道氣降溫除塵后直接送到反應(yīng)釜使用。經(jīng)過這樣改動(dòng),有如下好處:
1)每噸白炭黑節(jié)省蒸汽2噸;
2)在煙道氣處理處,不用不銹鋼,投資節(jié)省70%;
3)由于直接使用煙道氣,可以使煙道氣中的二氧化碳與硅酸鈉溶液的反應(yīng)更溫和,得到的白炭黑的分散性更好,使白炭黑粒徑更細(xì),使白炭黑成品質(zhì)量提高,原來白炭黑生成粒度為微米級,現(xiàn)在采用煙道氣直接碳化生成白炭黑可以達(dá)到納米級,使白炭黑成品價(jià)格由不到6000元/噸提高到12000-15000元/噸。
[0014]綜上所述,一個(gè)生物質(zhì)發(fā)電廠的廢棄物經(jīng)過綜合處理后可以獲得兩個(gè)工業(yè)產(chǎn)品:納米白炭黑可供橡膠、塑料、油漆、牙膏、催化劑、保溫、水質(zhì)穩(wěn)定等多種工業(yè)之用;超細(xì)碳酸鈣也是國民經(jīng)濟(jì)不可缺少的基本化工原料。因此,發(fā)電廠煙道尾氣中的部分二氧化碳?xì)怏w也可以得到合理的利用,不僅使發(fā)電廠向零排目標(biāo)放邁出了一大步,而且大幅降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和能耗,大幅增加了發(fā)電廠的利潤,具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為利用生物質(zhì)發(fā)電廠煙道氣聯(lián)產(chǎn)白炭黑和超細(xì)碳酸鈣的方法的工藝流程示意圖。
[0016]圖2為成品白炭黑的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述,當(dāng)然下述實(shí)施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0018]圖1所示為利用生物質(zhì)發(fā)電廠煙道氣聯(lián)產(chǎn)白炭黑和超細(xì)碳酸鈣的工藝流程,其包括如下步驟:
1)制備水玻璃溶液:將水玻璃溶解在軟水中,水玻璃的濃度為5-15%(質(zhì)量百分比);
2)煙道氣凈化:以生物質(zhì)發(fā)電廠的煙氣為原料,先將煙氣冷卻到40°C以下,然后將其加壓到5886Pa (表壓)左右,經(jīng)過精密過濾,使煙氣含灰塵小于5mg/Nm3 ;
3)碳化硅酸鈉:將步驟2)所回收的煙道氣通入到步驟I)所獲得的硅酸鈉溶液中,可在外部設(shè)置有循環(huán)加熱器的碳化塔中進(jìn)行,設(shè)定反應(yīng)溫度為85°C _95°C、煙道氣氣壓為5886Pa (表壓)、反應(yīng)時(shí)間為2.5-4.5h,使硅酸鈉溶液或溶膠與煙道氣中的二氧化碳發(fā)生充分的酸化中和反應(yīng),生成二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液的固液混合物。
[0019]4)分離二氧化硅:對步驟3)所生成的固液混合物進(jìn)行過濾,使其中的二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液分離開來。
[0020]5)白炭黑干燥:對步驟4)所分離出的二氧化硅沉淀進(jìn)行洗滌、干燥處理,即可獲得白炭黑成品。經(jīng)檢測其質(zhì)量要求符合HG/T3061-1999標(biāo)準(zhǔn),比表面積達(dá)16(T250m2/g。
`[0021]6)過濾液處理副產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣:將石灰水加入步驟4)所分離出的碳酸鈉溶液處理,再經(jīng)過分離、干燥、粉碎,獲得超細(xì)碳酸鈣成品。
[0022]由圖2可以看出,白炭黑的粒徑為10-100nm。
[0023]以一個(gè)稻殼燃料的生物質(zhì)電廠為例,說明其經(jīng)濟(jì)效益:
稻殼灰的二氧化硅含量決定上述兩個(gè)成品的產(chǎn)量。以年發(fā)電量1.2MW的生物質(zhì)發(fā)電廠為例,每年可生產(chǎn)稻殼灰約1.789萬噸,如果其中含有90%的二氧化硅,白炭黑約1.5萬噸、過濾液處理可得超細(xì)碳酸鈣約6000噸;如果其中含有60%的二氧化硅,白炭黑約1.0萬噸、過濾液處理可得超細(xì)碳酸鈣約4000噸。當(dāng)然,作為發(fā)電廠希望稻殼燃燒得越充分、稻殼灰中的碳含量越少越好。
[0024]由于白炭黑的比表面積大,其價(jià)格在1.2-1.5萬元/噸;超細(xì)碳酸鈣的價(jià)格在3000元/噸。這樣,這個(gè)電廠除了發(fā)電收益外,每年可得到1.5-1.8億元產(chǎn)值,利潤在3000-6000萬元左右。
[0025]需要說明的是,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種利用鍋爐煙道氣直接碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法,其特征在于,它包括以下步驟: 1)制備水玻璃溶液:將水玻璃溶解在軟水中; 2)煙道氣凈化:以鍋爐燃燒所產(chǎn)生的煙氣為原料,將煙道氣冷卻、精細(xì)凈化、鼓風(fēng)加壓后,作為制取白炭黑的原料氣; 3)碳化:將步驟2)所回收的凈化煙道氣通入到步驟I)所獲得的硅酸鈉溶液中,使硅酸鈉溶液與煙道氣中的二氧化碳發(fā)生酸化中和反應(yīng),煙道氣氣壓為表壓5886Pa,反應(yīng)溫度為85、5°C,反應(yīng)時(shí)間為2.5^4.5h,生成二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液的固液混合物; 4)分離二氧化硅:對步驟3)所生成的固、液混合物進(jìn)行過濾,使其中的二氧化硅沉淀和碳酸鈉溶液分離開來; 5)白炭黑成品干燥:對步驟4)所分離出的二氧化硅沉淀進(jìn)行洗滌、干燥,獲得白炭黑成品; 6)過濾液處理制備超細(xì)碳酸鈣:將石灰水加入步驟5)所分離出的碳酸鈉溶液處理中,再經(jīng)過分離、干燥、粉碎獲得超細(xì)碳酸鈣成品。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟I)中的水玻璃溶液的質(zhì)量百分比濃度為廣15%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟2)中,將煙道氣冷卻到40°C以下,然后將其加壓到表壓為5886Pa,經(jīng)過精密過濾,使煙氣含灰塵小于5mg/Nm3備用。
4.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟3)中的反應(yīng)溫度為90°C,反應(yīng)時(shí)間為2.5h。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的利用鍋爐煙道氣碳化水玻璃生產(chǎn)納米級白炭黑的方法制備得到的白炭黑。
6.如權(quán)利要求5所述的白炭黑,其特征在于,所述白炭黑的粒徑為10-100nm。
7.如權(quán)利要求5所述的白炭黑,其特征在于,所述白炭黑的比表面積為16(T250m2/g。
【文檔編號】C01B33/12GK103708475SQ201410004639
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】鄭興才, 張巖豐, 方章建, 陶磊明, 程宇婷 申請人:中盈長江國際新能源投資有限公司