一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備方法與應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備方法，它是將碳基吸附劑置于流動的工業(yè)含硫廢氣改性劑中，加熱處理，即得工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑。本發(fā)明還公開了上述工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑在煙氣脫汞中的應(yīng)用及其應(yīng)用方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將利用工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑，增強(qiáng)吸附劑的脫汞性能，以廢治廢，并同時實現(xiàn)了汞的脫附回收利用，減少進(jìn)入大氣的總汞含量，同時減少了寶貴的自然資源汞的浪費。
【專利說明】
一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備方法與應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備 方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 汞是一種劇毒性的重金屬元素，嚴(yán)重威脅著自然環(huán)境和人類健康。汞成為繼粉塵、 S0x、N0x之后的燃煤電廠煙氣中第四大污染物。我國目前的燃煤電廠汞排放標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)濟(jì)高效 的脫汞技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于世界發(fā)達(dá)國家。2011年中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會特別政策 研究組(SPS Team)建議將我國目前執(zhí)行的燃煤火力發(fā)電的汞排放限值進(jìn)一步嚴(yán)格:至2020 年修訂為3yg/Nm3。目前較為成熟的燃煤電站汞污染防治發(fā)展路線主要有燃燒前脫汞、利用 燃煤電廠現(xiàn)有污染物控制裝置脫汞、煤中添加劑脫汞以及煙氣噴射吸附劑脫汞等。然而以 上各種脫汞技術(shù)雖然能有效地將煤中汞轉(zhuǎn)移至洗煤液中，或脫除煙氣中的汞，或?qū)⒐D(zhuǎn)移 至飛灰或低渣中，有效減少了排入大氣環(huán)境中的汞含量，但是均沒有實現(xiàn)汞的回收利用和 脫汞吸附劑的循環(huán)再生，造成了自然資源嚴(yán)重浪費和脫汞成本高昂的問題。因此，面對日益 嚴(yán)格的汞排放要求，研發(fā)出經(jīng)濟(jì)高效的煙氣脫汞技術(shù)勢在必行。
[0003] 碳基吸附劑具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，決定其不僅具有較強(qiáng)的物理吸附能力，同 時也為各種活性組分的擔(dān)載，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的化學(xué)吸附提供了活性位。但是，未經(jīng)改性的碳 基吸附劑對單質(zhì)汞并無高效的定向脫除能力。硫?qū)瘶O具親和力，硫改性可顯著增強(qiáng)碳基 吸附劑的汞吸附脫除能力，并且通過減壓、升溫或電化學(xué)等方法亦可將吸附態(tài)的汞進(jìn)行脫 附、富集、回收、利用。因此，利用含硫化物的工業(yè)廢氣作為改性劑來增強(qiáng)碳基吸附劑的脫汞 活性不僅能夠獲得高效除汞的能力，而且載硫后的碳基吸附劑還可以實現(xiàn)汞脫附回收的潛 在的理化性質(zhì)。本方法一方面降低了煙氣脫汞成本實現(xiàn)工業(yè)廢棄物的資源化利用，另一方 面實現(xiàn)了稀有寶貴自然資源汞的回收利用和吸附劑的再生利用，形成了吸附劑脫汞和再生 的循環(huán)體系，具有重要的理論意義和潛在的工業(yè)應(yīng)用價值。
[0004] 目前，專利CN102258936A公開了一種煙氣多污染物控制技術(shù)中汞回收的裝置及方 法，但該法步驟比較復(fù)雜，需要添加多種藥劑，并且在反應(yīng)過程中產(chǎn)生了NO污染物。專利 CN101406794A公開了一種對廢脫硫劑改性制備廢氣除汞劑的方法，該法通過將鹵族元素負(fù) 載在廢舊脫硫劑表面，提高其活性來增強(qiáng)脫除零價汞的特性，但是該法沒有實現(xiàn)汞的回收 利用，浪費了寶貴的自然資源。專利CN104338435A公開了一種利用回收單質(zhì)硫后的廢脫硫 劑脫除煙氣中的汞的方法，實現(xiàn)了以廢治廢的目的，但也僅僅對汞進(jìn)行了吸附脫除，沒有達(dá) 到汞資源回收再利用的目的。雖然專利CN104888743A提出了一種含汞載硫活性焦再生過程 汞分離的裝置與方法，但此工藝也強(qiáng)調(diào)的是對高濃度二氧化硫中硫資源的回收，并沒有針 對汞的回收。另外該技術(shù)采用高濃度二氧化硫吹掃實現(xiàn)吸附劑再生。本發(fā)明針對的是工業(yè) 含硫廢氣在600-700°C改性碳基吸附劑煙氣，同時與含汞煙氣進(jìn)行吸附反應(yīng)，然后送入到脫 附裝置中在250-400°C下實現(xiàn)汞脫附及回收，最后吸附劑再送入改性裝置中實現(xiàn)再生。因 此，本發(fā)明全面循環(huán)的特點決定其具有顯著的環(huán)境和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑，以解決現(xiàn)有 技術(shù)存在的脫附效果不佳，無法實現(xiàn)資源的回收利用等問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑的制備方法，它由如下方法制備得到：
[0008] 將碳基吸附劑置于流動的工業(yè)含硫廢氣改性劑中，加熱處理，將硫化物以多種含 硫官能團(tuán)的形式富集于吸附劑表面，即得工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑;反應(yīng)式如下：
[0012] 其中，所述的碳基吸附劑為活性炭、生物質(zhì)焦或石油焦，所述的工業(yè)含硫廢氣改性 劑為含硫化物的工業(yè)廢氣;其中，工業(yè)廢氣中，硫化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2~5%。此處如果硫 化物濃度過高，會與汞產(chǎn)生競爭吸附，抑制吸附劑對汞的吸附作用。
[0013] 其中，工業(yè)含硫廢氣改性劑的流速為1~5m/s。
[0014] 其中，所述的加熱處理中，加熱溫度為600~700°C，加熱處理時間為1~5s。
[0015] 上述任意一項制備得到的工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑也在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
[0016] 上述工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑在煙氣脫汞中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
[0017] 其中，所述的應(yīng)用方法為：
[0018] (1)將工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑噴入含汞煙氣中進(jìn)行接觸反應(yīng)，相汞以HgS的 形式結(jié)合在吸附劑表面，分離得到富汞的工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑;反應(yīng)式如下：
[0019] Hg(g)+C-S(s)^C-HgS(s)；
[0020] (2)將步驟（1)中所得的富汞的工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑在惰性氣體保護(hù)下 進(jìn)行加熱脫附，停留在碳基吸附劑表面的HgS重新以氣態(tài)Hg t3的形式完全釋放，所得氣態(tài)汞 經(jīng)惰性氣體輸送至冷凝裝置中回收;反應(yīng)式如下：
[0021 ] CAc-HgS(s)^Hg(g) +Cac-S(s)；
[0022] (3)將步驟(2)中脫附后的吸附劑與含硫廢氣反應(yīng)，再生得到工業(yè)含硫廢氣改性碳 基吸附劑;反應(yīng)式如下：
[0026] 步驟（1)中，工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑和含汞煙氣的用量比為100~2000mg: Im3;其中，接觸反應(yīng)中，反應(yīng)時間為1~2s。
[0027] 步驟(2)中，所述的加熱脫附中，反應(yīng)溫度為250~400°C，反應(yīng)時間為1~2s。
[0028] 步驟(2)中，所述的惰性氣體為氮氣、氦氣和氬氣中的任意一種或幾種的組合。
[0029] 步驟(3)中，脫附后的吸附劑與含硫廢氣反應(yīng)，再生得到工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸 附劑的方法為:將脫附后的吸附劑置于流動的含硫化物的工業(yè)廢氣中，600~700°C下加熱 處理1~5s，即得工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑;其中，工業(yè)廢氣中，硫化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2~5%，如果硫化物濃度過高，會與汞產(chǎn)生競爭吸附，抑制吸附劑對汞的吸附作用;含硫 化物的工業(yè)廢氣的流速為1~5m/s。
[0030] 有益效果：
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：
[0032] (1)將低濃度含硫工業(yè)廢氣資源化，變廢為寶；
[0033] (2)利用工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑，增強(qiáng)吸附劑的脫汞性能，以廢治廢；
[0034] (3)實現(xiàn)汞的脫附回收利用，減少進(jìn)入大氣的總汞含量，同時減少了寶貴的自然資 源汞的浪費；
[0035] (4)碳基吸附劑能夠得到活化再生和循環(huán)利用，減少了吸附劑的用量，很大程度上 降低了脫汞成本；
[0036] (5)實現(xiàn)了吸附脫汞-加熱脫附-氣體改性活化再生連續(xù)循環(huán)過程。
【附圖說明】
[0037] 圖1為實施例1中工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑的制備、脫汞和再生的流程示意 圖。
【具體實施方式】
[0038] 實施例1
[0039] 如圖1所示，本發(fā)明涉及的一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑煙氣脫汞及再生方 法，包括碳基吸附劑載硫活化反應(yīng)器3、除塵捕獲分離裝置6、汞脫附反應(yīng)器8、汞分離反應(yīng)器 10和汞冷凝回收裝置12,含硫工業(yè)廢氣1自下而上進(jìn)入碳基吸附劑載硫活化反應(yīng)器3;活化 后的載硫吸附劑4直接噴入含汞煙氣5中，混合物的出口與除塵捕獲分離裝置6連接;除塵捕 獲分離裝置6出口處的富汞吸附劑7與汞脫附反應(yīng)器8的底部連接;脫附反應(yīng)器8的出口與汞 分離反應(yīng)器10通過吸附劑乏料管道9連接;汞分離反應(yīng)器10的左端出口通過吸附劑乏料管 道2連接碳基吸附劑載硫活化反應(yīng)器3,頂部出口由汞輸出管道11連接汞冷凝回收裝置12， 汞冷凝回收裝置12與純汞輸送管道13連接。
[0040] 含SO2濃度為2 %的工業(yè)廢氣以3m/s的速度進(jìn)入碳基吸附劑載硫活化反應(yīng)器3,同 時吸附劑乏料通過管道2進(jìn)入反應(yīng)器3,在650°C的溫度條件下，兩者進(jìn)行充分接觸，將硫化 物以多種含硫官能團(tuán)的形式富集于吸附劑表面，獲得高活性的載硫吸附劑4;獲得的脫汞吸 附劑4直接噴入溫度為135°C的含汞煙氣5中，氣相汞以HgS的形式結(jié)合在吸附劑表面，噴入 含汞煙氣中的吸附劑與煙氣體積之比為l〇〇〇mg/m 3。反應(yīng)后的富汞吸附劑7由除塵裝置6捕 獲分離后輸送至脫附反應(yīng)器8,在300°C溫度氮氣氣氛條件下加熱進(jìn)行汞的脫附，停留于碳 基吸附劑表面的HgS重新以氣態(tài)Hgt3的形式完全釋放。釋放的Hgt3和吸附劑乏料由管道9輸送 至汞分離反應(yīng)器IOAgt3由惰性載氣管道11輸送至冷凝回收裝置12富集回收，吸附劑乏料由 管道2進(jìn)入活化反應(yīng)器3與含SO 2工業(yè)廢氣在650Γ條件下再生，實現(xiàn)改性碳基吸附劑煙氣汞 脫除回收及吸附劑再生的循環(huán)過程。
[0041]采用上述方法，活化后含SO2廢氣排除時的硫化物含量小于0.1%，汞的回收率可 在80 %以上，碳基吸附劑的回收利用率達(dá)到90 %以上。
【主權(quán)項】
1. 一種工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑的制備方法，其特征在于，它由如下方法制備得 到： 將碳基吸附劑置于流動的工業(yè)含硫廢氣改性劑中，加熱處理，即得工業(yè)含硫廢氣改性 碳基吸附劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的碳基吸附劑為活性炭、生物質(zhì) 焦或石油焦，所述的工業(yè)含硫廢氣改性劑為含硫化物的工業(yè)廢氣;其中，工業(yè)廢氣中，硫化 物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為〇. 2~5 %。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，工業(yè)含硫廢氣改性劑的流速為1~5m/ So4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的加熱處理中，加熱溫度為600~ 700°C，加熱處理時間為1~5s。5. 權(quán)利要求1~4中任意一項制備得到的工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑。6. 權(quán)利要求5所述的工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑在煙氣脫汞中的應(yīng)用。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的應(yīng)用方法為： (1) 將工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑與含汞煙氣進(jìn)行接觸反應(yīng)后，分離得到富汞的工 業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑； (2) 將步驟（1)中所得的富汞的工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行 加熱脫附，所得氣態(tài)汞經(jīng)惰性氣體輸送至冷凝裝置中回收； (3) 將步驟(2)中脫附后的吸附劑與含硫廢氣反應(yīng)，再生得到工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸 附劑。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟(1)中，工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸 附劑和含汞煙氣的用量比為100~2000mg: Im3;其中，接觸反應(yīng)中，反應(yīng)時間為1~2s。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的加熱脫附中，反應(yīng) 溫度為250~400°C，反應(yīng)時間為1~2s。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟(3)中，脫附后的吸附劑與含硫 廢氣反應(yīng)，再生得到工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附劑的方法為:將脫附后的吸附劑置于流動 的含硫化物的工業(yè)廢氣中，600~700 °C下加熱處理1~5s，即得工業(yè)含硫廢氣改性碳基吸附 劑;其中，工業(yè)廢氣中，硫化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2~5%，如果硫化物濃度過高，會與汞產(chǎn)生競 爭吸附，抑制吸附劑對汞的吸附作用;含硫化物的工業(yè)廢氣的流速為1~5m/s。
【文檔編號】B01D53/02GK105921104SQ201610288796
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】荀波
【申請人】南京正森環(huán)?？萍加邢薰?br>