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      煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑及其制備方法

      文檔序號(hào):5031768閱讀:444來源:國知局
      專利名稱:煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑及其制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種吸收劑及其制備方法和將其應(yīng)用于鍋爐煙氣半干法、干法煙氣脫硫工藝的方法。
      (二)、背景技術(shù)我國近年來大氣污染問題十分嚴(yán)重,其主要污染物是二氧化硫和粉塵,主要是電廠燃煤和燃油產(chǎn)生的煤煙型污染??刂芐O2排放的煙氣脫硫技術(shù)可分為濕法、半干法和干法工藝。濕法是目前應(yīng)用最廣的方式,但半干法和干法工藝以其投資低、占地面積小、工藝系統(tǒng)簡單、能耗小、煙氣不需二次加熱、腐蝕性小、無污水等特點(diǎn)也得到了不少的應(yīng)用,但其主要的缺點(diǎn)是吸收劑利用率低和脫硫率低。
      針對(duì)半干法和干法煙氣脫硫技術(shù)脫硫率及鈣利用率低的這種現(xiàn)象,通過實(shí)驗(yàn)觀察和理論推導(dǎo),在微觀機(jī)理上對(duì)此的解釋是在噴霧干燥工藝中,Ca(OH)2漿液被噴入噴霧塔與煙氣接觸反應(yīng),反應(yīng)生成物為CaSO3·1/2H2O和CaSO4,其摩爾體積大于Ca(OH)2,將堵塞Ca(OH)2顆粒的氣孔。隨著反應(yīng)的進(jìn)行Ca(OH)2顆粒表面被反應(yīng)生成物覆蓋,阻止了Ca(OH)2的溶解及SO2向其內(nèi)部擴(kuò)散,從而使反應(yīng)停止,在最終的干燥顆粒里仍有大量的吸收劑未反應(yīng)。在干法脫硫中,也是相同的機(jī)理使CaO未能充分參與反應(yīng)。
      (三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑及其制備方法,解決半干法和干法煙氣脫硫工藝脫硫率低及鈣基吸收劑利用率低的問題。
      本發(fā)明的技術(shù)方案這種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑,其特征在于主要由用石灰與飛灰經(jīng)水合反應(yīng)生成的表面具有微孔的微粒組成,這些微粒的組分主要為水合硅鋁酸鈣、水合硫鋁酸鈣、水合硅鋁酸鈣和硅酸鋁。
      上述主要組分的化學(xué)成分為水合硅酸鈣mCaO·nSiO2·aH2O,其中m>0、n>0、a>0;水合硫鋁酸鈣 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、CaO·Al2O3·3CaSO4·3H2O;水合硅鋁酸鈣 Ca6Al1.5(SO4,SiO3,CO3)3(OH)10.5·15H2O;
      硅酸鋁 Al6Si2O13。
      除石灰與飛灰外,還可另加入CaSO4,形成多種高鈣水合化合物,如6CaO·2SiO2·3H2O、6CaO·6SiO2·H2O和9CaO·5SiO2·H2O。
      這種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于飛灰和石灰按質(zhì)量比1~8∶1,在反應(yīng)釜中加水制成懸浮狀態(tài)的漿液,在70~140溫度下加熱,攪拌8~14小時(shí),使其發(fā)生水合反應(yīng),然后干燥脫水而成。
      上述飛灰和石灰按質(zhì)量比為4∶1。
      上述漿液的水固比為10~20∶1。
      上述漿液的水固比為15∶1。
      上述飛灰是取自電除塵器的粉煤灰或回收的含有CaSO4的脫硫飛灰。
      上述石灰是石灰石CaO或消石灰Ca(OH)2。
      這種鈣基吸收劑的應(yīng)用方法,其特征在于將上述權(quán)利要求1或2的鈣基吸收劑用于鍋爐煙氣半干法、干法煙氣脫硫工藝,上述干法煙氣脫硫工藝的干燥溫度為170℃。
      本發(fā)明的工作原理飛灰是煤燃盡后的灰燼,由電除塵器下取得,主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO等組成,SiO2和Al2O3大都以多孔非晶態(tài)的形式存在。在有水的情況下,飛灰粉末能在常溫下與堿金屬和堿土金屬的氫氧化物發(fā)生反應(yīng),這些反應(yīng)稱為凝硬反應(yīng)。在水合反應(yīng)中,硅、鋁離子從飛灰中游離釋出,與CaO或Ca(OH)2中的Ca2+水合形成多種水合硅鋁酸鈣。參見圖1,水合硅鋁酸鈣充分成長后,通常為不完全結(jié)晶物,呈纖維狀沉積在飛灰的表面,形成具有很大的比表面積和高持水性的蜂窩狀多孔顆粒。參見圖2,這些蜂窩狀多孔顆粒的表面微孔大小在0.2-1um左右,可以有效地將SO2等反應(yīng)氣體輸送到顆粒內(nèi)部,并且提供了足夠的反應(yīng)接觸面,使Ca2+和SO2充分反應(yīng),增強(qiáng)了SO2的吸收能力,提高了脫硫率。水合硅鋁酸鈣的比表面積越大,活性越大,反應(yīng)越充分,并不會(huì)被生成物堵塞微孔,沒有未反應(yīng)核心,鈣利用率得以提高。水合硅鋁酸鈣的高持水性使?jié)穸仍黾?,加速了表面反?yīng)的進(jìn)行,顯著增強(qiáng)了吸收劑的活性,顯著提高了半干法和干法煙氣脫硫工藝脫硫率。
      下表是本發(fā)明各種鈣基吸收劑與傳統(tǒng)吸收劑活性比較數(shù)據(jù)
      實(shí)驗(yàn)證明,本發(fā)明的鈣基吸收劑,其比表面積由原來的1.048m2/g增加到35.64m2/g。使鈣基吸收劑的活性大大增加,利用砂床反應(yīng)器測(cè)試表明,和CaO相比,鈣利用率由原來的65%提高到92%,脫硫率由原來的70%提高到89%。顯著提高了半干法和干法煙氣脫硫工藝中鈣基吸收劑的利用率。


      圖1是本發(fā)明高效鈣基吸收劑中一微珠顆粒的顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)圖;圖2是圖1中微珠顆粒表面的顯微結(jié)構(gòu)形態(tài)圖。
      具體實(shí)施方式
      實(shí)施例本發(fā)明的這種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑主要由用石灰與飛灰經(jīng)水合反應(yīng)生成的表面具有微孔的微粒組成,這些微粒的組分主要為水合硅鋁酸鈣、水合硫鋁酸鈣、水合硅鋁酸鈣和硅酸鋁。上述主要組分的化學(xué)成分為水合硅酸鈣mCaO·nSiO2·aH2O,其中m>0、n>0、a>0;水合硫鋁酸鈣 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、CaO·Al2O3·3CaSO4·3H2O;水合硅鋁酸鈣 Ca6Al1.5(SO4,SiO3,CO3)3(OH)10.5·15H2O;硅酸鋁Al6Si2O13。
      對(duì)制備成的鈣基吸收劑樣品進(jìn)行X衍射分析,測(cè)定其物相組成。測(cè)定結(jié)果表明飛灰與石灰經(jīng)水合反應(yīng)可主要形成如下化合物CaO·SiO2·H2O、2CaO·SiO2·H2O、3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、
      CaO·Al2O3·3CaSO4·3H2O、Ca6Al1.5(SO4,SiO3,CO3)3(OH)10.5·15H2O、Al6Si2O13。
      加入CaSO4,可形成更多種高鈣水合化合物,如6CaO·2SiO2·3H2O、6CaO·6SiO2·H2O和9CaO·5SiO2·H2O。
      本發(fā)明的制備方法飛灰和石灰按質(zhì)量比n∶1混合,(n為大于1的任意數(shù)值),最佳混和比為4∶1,在反應(yīng)釜中加水制成懸浮狀態(tài)的漿液,水固比為10~20∶1,最佳比例為15∶1。在70~100溫度下加熱,攪拌8~14小時(shí),使其發(fā)生水合反應(yīng),然后干燥脫水而成。
      飛灰應(yīng)自取二、三級(jí)電除塵器的粉煤灰或回收的含有CaSO4的脫硫飛灰。石灰是石灰石CaO或消石灰Ca(OH)2。本發(fā)明的鈣基吸收劑用于干法脫硫,干燥溫度為170℃,加入CaSO4可增強(qiáng)Ca2+效應(yīng),有利于鈣基吸收劑比表面積的增加,從經(jīng)濟(jì)性考慮,可將含有CaSO4脫硫飛灰回收再利用。
      權(quán)利要求
      1.一種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑,其特征在于主要由用石灰與飛灰經(jīng)水合反應(yīng)生成的表面具有微孔的微粒組成,這些微粒的組分主要為水合硅鋁酸鈣、水合硫鋁酸鈣、水合硅鋁酸鈣和硅酸鋁。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑,其特征在于上述主要組分的化學(xué)成分為水合硅酸鈣mCaO·nSiO2·aH2O,其中m>0、n>0、a>0;水合硫鋁酸鈣 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O、CaO·Al2O3·3CaSO4·3H2O;水合硅鋁酸鈣 Ca6Al1.5(SO4,SiO3,CO3)3(OH)10.5·15H2O;硅酸鋁Al6Si2O13。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑,其特征在于除石灰與飛灰外,另加入CaSO4,形成多種高鈣水合化合物,如6CaO·2SiO2·3H2O、6CaO·6SiO2·H2O和9CaO·5SiO2·H2O。
      4.一種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于飛灰和石灰按質(zhì)量比1~8∶1,在反應(yīng)釜中加水制成懸浮狀態(tài)的漿液,在70~140溫度下加熱,攪拌8~14小時(shí),使其發(fā)生水合反應(yīng),然后干燥脫水而成。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于上述飛灰和石灰按質(zhì)量比為4∶1。
      6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于上述漿液的水固比為10~20∶1。
      7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于上述漿液的水固比為15∶1。
      8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于上述飛灰是取自電除塵器的粉煤灰或回收的含有CaSO4的脫硫飛灰。
      9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑的制備方法,其特征在于上述石灰是石灰石CaO或消石灰Ca(OH)2。
      10.一種鈣基吸收劑的應(yīng)用方法,其特征在于將上述權(quán)利要求1或2或3的鈣基吸收劑用于鍋爐煙氣半干法、干法煙氣脫硫工藝,上述干法煙氣脫硫工藝的干燥溫度為170℃。
      全文摘要
      一種煙氣脫硫用高效鈣基吸收劑及其制備方法,主要由用石灰與飛灰經(jīng)水合反應(yīng)生成的表面具有微孔的微粒組成,這些微粒的組分主要為水合硅鋁酸鈣、水合硫鋁酸鈣、水合硅鋁酸鈣和硅酸鋁。本發(fā)明用質(zhì)量比為1~8∶1的飛灰和石灰在反應(yīng)釜中加水制成懸浮狀態(tài)的漿液,在70~140溫度下加熱,攪拌8~14小時(shí),使其發(fā)生水合反應(yīng),然后干燥脫水制成。它具有較高的比表面積,與傳統(tǒng)吸收劑相比,能提高煙氣的脫硫率和吸收劑的利用率。
      文檔編號(hào)B01D53/50GK1820821SQ20061020008
      公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
      發(fā)明者陳志強(qiáng), 田天, 張世乾, 李強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京朗新明環(huán)??萍加邢薰?br>
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