用於煙氣脫汞的載硫活性炭及其製備方法
2023-07-30 13:14:46
專利名稱：用於煙氣脫汞的載硫活性炭及其製備方法
技術領域：
本發明屬於改性活性炭的製備技術，具體涉及一種用於煙氣脫汞的載硫活性炭，以及 製備該活性炭的方法。
背景技術：
燃煤電廠汞的排放被普遍認為是最大的汞汙染源。長期以來，為了降低了煙氣脫汞處 理成本，減少了環境汙染，所屬領域技術人員對燃煤煙氣汞的排放控制進行了不懈的努力。 例如CN1559668公開的"煙氣脫汞吸附材料的電化學再生方法"，它是採用活性碳等具有 大比表面積的吸附材料為基質，並在基質表面滲入硫、碘、氯等元素改性，以提高材料對 汞的吸附特異性和吸附能力，脫汞之後的吸附材料再經氧化還原劑和絡合劑處理，使吸附 材料中的汞形成絡合離子，然後在電場力的作用下，使汞絡合離子向陽極或陰極移動，氧 化的汞在陰極還原為元素汞，吸附材料可再次作為基質使用。再如CN101121515公開的"一 種脫汞專用活性炭的製造方法"，其採用無煙煤70 80%、煙煤15 25%和2% 5%的Mg0 和/或3X 10X的MgS04，混合制粉，然後，用制好的混合粉料，按重量百分比，以粉料60 65%，瀝青5 10%，煤焦油25 30%與水3 5%充分混涅均勻，再經壓機壓成條狀，然 後經晾曬、炭化、活化、破碎/篩分後，取篩上成品，再用90%以上濃硫酸浸泡8 10小 時，硫酸洗滌回收後，用鹼調節pH至4 8，最後烘乾後篩分即成。但是，類似這些技術 具有造作複雜，成本較高的缺點。
目前，對活性炭進行改性的主要方法包括HN03或H2S04氧化法、溶液浸漬方法等， 這些方法主要是對對活性炭進行添加其它元素，從而改變活性炭的性能。比如CN1129913 公開了一種生產改性活性炭的方法，該方法是在滷素氣氛中處理活性炭材料，然後在升高 溫度下用親核試劑對滷化所得產物進行處理；該方法生產的活性炭通過表面帶有官能團， 從而增強其在吸附過程的能力。CN1296859公開了一種在顆粒狀或成型的活性炭塗敷一層 聚合物，來消除或者降低由粉塵導致的產物損耗，而不減少活性炭的吸附速度和吸附能力 的方法。
現有已有技術通過改性活性炭官能團，達到增加活性炭吸附性能，但是還沒有對特別 針對脫除煙氣汞的活性炭。因此，市場上急需要能夠脫除煙氣汞，並且成本較低的活性碳。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的是提供一種成本低，能有效脫除煙氣中
滎元素的用於煙氣脫汞的載硫活性炭。
本發明的另一目的是提供一種製備工藝簡單的用於煙氣脫汞的載硫活性炭的方法。 本發明的目的是這樣實現的用於煙氣脫汞的載硫活性炭，其特徵在於，所述載硫活
性炭中硫的質量百分含量為18~30%，硫均勻分布在活性炭表面，並與活性炭化學結合；載
硫活性炭的粒度為20 40目。
進一步，製備所述用於煙氣脫汞的載硫活性炭的方法，包括以下步驟
1) 備料將粒度20-40目的活性炭用水衝洗乾淨後，在105 11(TC條件下烘乾，備用；
選用單質硫磺；
2) 熱沉澱製備取盛有上述單質硫磺的耐熱容器於熱沉澱爐下部，再將上述活性炭
置入熱沉澱爐中部的第二容器上；然後，密封熱沉澱爐，以l~2L/min速度通入高純N230~40 分鐘，排出熱沉澱爐中的空氣；然後調整N2流速為0.5L/min，升溫至400~600°C，並保溫 50 90分鐘後停止加熱；其中，活性炭與單質硫磺的重量比為1: 0.5-2。
3) 調整N2的流速為1 2L/min，以冷卻熱沉澱爐的爐溫，所得到的活性炭為高含硫量 的載硫活性炭。
進一步，所述單質硫磺的質量百分含量為99.9%以上。 所述第二容器為不鏽鋼網或坩堝，不鏽鋼網的通孔為200目。 相比現有技術，本發明具有如下優點
1、 本發明採用成本低廉的硫磺作為活性炭的添加劑，通過熱沉澱方法使活性炭中硫 含量達到18~30%，能夠用於有效脫除煙氣中的汞。
2、 本發明工藝熱沉澱後的活性炭不僅具有硫含量高、硫在活性炭表面分布均勻等特 點，並且該活性炭的比表面積、孔容和孔徑性質等仍具有活性炭的優點。
3、 本發明工藝方法簡單、容易操作，成本低廉，可廣泛應用於燃煤電廠煙氣的脫汞 應用。
圖1是本發明用於煙氣脫汞的載硫活性炭製備方法的裝置示意圖。
其中1-N2瓶；2-高溫沉澱爐；3-不鏽鋼管套；4-盛活性炭的第二容器；5-盛硫磺的 耐熱容器；6-控溫裝置。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
本發明涉及用於煙氣脫汞的載硫活性炭，載硫活性炭中硫的質量百分含量為18~30%， 硫均勻分布在活性炭表面，並與活性炭化學結合；載硫活性炭的粒度為20 40目。
參見圖l，本發明還提供了一種用於煙氣脫汞的載硫活性炭的製備方法，步驟如下
1) 備料。將粒度20~40目的活性炭用水衝洗乾淨後，放入乾燥箱內，在ll(TC烘烤1~2 個小時，備用；選用單質硫磺，單質硫磺中的單質硫的質量百分含量為99.9%以上；
2) 熱沉澱製備。取盛有上述單質硫磺的耐熱容器(坩堝)於熱沉澱爐底部，再將所 述活性炭置入熱沉澱爐中部的不鏽鋼網上，不鏽鋼網通孔為200目；然後，密封熱沉澱爐， 以2L/min速度通入高純N230~40分鐘，排出熱沉澱爐中的空氣；然後調整N^流速為 0.5L/min，升溫至400-600°C,並保溫50~卯分鐘後停止加熱；其中，活性炭與單質硫磺之 比為1: 0.5~2;
3) 在通入N2的條件下，調整&的流速為1 2L/min，降低(冷卻)熱沉澱爐的爐溫， 所得到的活性炭為含硫量高的載硫活性炭。
實施例l:稱取乾燥後的活性炭和單質硫磺各10克分別放入兩個坩堝中，再放入熱沉 澱爐中，放置順序為活性炭坩堝在上，硫磺坩堝在下；以2L/min速度通入N230分鐘，以 排出爐中的空氣；調整N2流速為0.5L/min,加熱至55(TC,恆溫60分鐘後，停止加熱；通 入保護氣至爐溫冷卻。測得活性炭中硫的質量百分含量為21.34%。
實施例2:稱取乾燥後活性炭10克、單質硫磺各5克分別放入兩個坩堝中，再放入熱 沉澱爐中，放置順序為活性炭坩堝在上，硫磺坩堝在下；以2L/min速度通入N240分鐘， 以排出爐中的空氣；調整N2流速為0.5L/min，加熱至60(TC，恆溫80分鐘後，停止加熱； 通入保護氣至爐溫冷卻。測得活性炭中硫的質量百分含量為19.65%。
實施例3:稱取乾燥後活性炭和單質硫磺各10克分別放入兩個坩堝中，再放入熱沉澱 爐中，放置順序為活性炭坩堝在上，硫磺坩堝在下；以2L/min速度通入N240分鐘，以排 出爐中的空氣；調整N2流速為0.5L/min，加熱至60(TC,恆溫卯分鐘後，停止加熱；通入 保護氣至爐溫冷卻。測得活性炭中硫的質量百分含量為26.35%。
實施例4:稱取乾燥後的活性炭10克、單質硫磺各5克分別放入熱沉澱爐中的不鏽鋼 網和塒堝上，放置順序為盛有活性炭的不鏽鋼網在上，硫磺坩堝在下；以2L/min速度通入 N^O分鐘，以排出爐中的空氣；調整N2流速為0.5L/min，加熱至500°C，恆溫卯分鐘後， 停止加熱；通入保護氣至爐溫冷卻。測得活性炭中硫的質量百分含量為24.36%。
實施例5:稱取乾燥後的活性炭10克、單質硫磺各5克分別放入兩個坩堝中，再放入熱沉澱爐中，放置順序為活性炭坩堝在上，硫磺坩堝在下；以2L/min速度通入N230分鐘， 以排出爐中的空氣；調整N2流速為0.5L/min，加熱至45(TC，恆溫卯分鐘後，停止加熱； 通入保護氣至爐溫冷卻。測得活性炭中硫的質量百分含量為18.11%。
由於活性炭具有很強的吸附性能，在放置過程中吸附了空氣中的水分，因此實驗前要 進行烘乾處理；對硫磺要求採用分析純，因為硫磺中其他雜質元素的引入在高溫過程中， 會發生化學反應，影響活性炭中硫的形態。
熱沉澱法對活性炭進行處理可以使活性炭表面硫含量顯著增加，加熱溫度在控制在 450-600'C之間。當溫度低於45(TC時，以氣態存在的硫多數以大分子形態存在，在活性炭 表面的沉澱會造成活性炭孔堵塞、比表面積降低等，影響其吸附性能。溫度超過600'C改 變活性炭的骨架結構，使活性炭變形。當溫度控制在450-60(TC之間時，硫分子多數以小 分子存在，可以滲入活性炭空隙中， 一方面有利於硫碳之間的結合，另一方面使硫在活性 炭表面的分布更加均勻，有利於提高活性炭的吸附性能。
在加熱過程中，為了避免通入保護氣帶走過多的硫蒸氣，造成資源的浪費，因此在加 熱過程中，把N2流速從2L/min降低為0.5L/min。
對處理後的活性炭進行分析，結果表明活性炭和硫之間的結合能力隨著溫度的升高而 增強，可以推斷在解熱過程中，沉澱在活性炭表面的單質硫和活性炭發生了化學結合，而 不是物理沉積。
本發明通過加熱沉澱的方法，使活性炭表面硫含量得到提高。其主要優點是成本低廉， 過程簡單，可應用於脫除煙氣中的汞，本發明載硫活性炭用於脫汞時，活性炭中的硫與汞 發生化學反應，從而達到脫除煙氣中汞的目的。
本發明所得改性活性炭，可裝入固定吸附床或流化吸附床，用於處理含汞煙氣及其他 氣體的脫汞，效果明顯，使用時間長。對於脫除煙氣中的汞具有很好的應用前景。
權利要求
1、用於煙氣脫汞的載硫活性炭，其特徵在於，所述載硫活性炭中硫的質量百分含量為18～30％，硫均勻分布在活性炭表面，並與活性炭化學結合；載硫活性炭的粒度為20～40目。
2、 一種製備權利要求1所述用於煙氣脫汞的載硫活性炭的方法，包括以下步驟1) 備料將粒度20~40目的活性炭用水衝洗千淨後，在105 11(TC條件下烘乾，備用； 選用單質硫磺；2) 熱沉澱製備取盛有上述單質硫磺的耐熱容器於熱沉澱爐下部，再將上述活性炭置入熱沉澱爐中部的第二容器上；然後，密封熱沉澱爐，以l~2L/min速度通入高純N230~40 分鐘，排出熱沉澱爐中的空氣；然後調整N2流速為0.5L/min，升溫至400~600°C，並保溫50 90分鐘後停止加熱；其中，活性炭與單質硫磺的重量比為1: 0.5 2;3) 調整N2的流速為1 2L/min，以冷卻熱沉澱爐的爐溫，所得到的活性炭為高含硫量 的載硫活性炭。
3、 根據權利要求2所述用於煙氣脫汞的載硫活性炭的製備方法，其特徵在於，所述 單質硫磺的質量百分含量為99.9%以上。
4、 根據權利要求2所述用於煙氣脫汞的載硫活性炭的製備方法，其特徵在於，所述 所述第二容器為不鏽鋼網或坩鍋，不鏽鋼網通孔為200目。
全文摘要
本發明提供一種用於煙氣脫汞的載硫活性炭及其製備方法，所述載硫活性炭中硫的質量百分含量為18～30％，硫均勻分布在活性炭表面，並與活性炭化學結合；載硫活性炭的粒度為20～40目。其製備方法，包括備料、熱沉澱製備和冷卻而得。本發明採用成本低廉的硫磺作為活性炭的添加劑，通過熱沉澱方法使活性炭中硫含量達到18～30％，能夠有效脫除煙氣中的汞。本發明工藝熱沉澱後的活性炭不僅具有硫含量高、硫在活性炭表面分布均勻的優點，並且該活性炭的比表面積、孔容和孔徑性質等仍具有活性炭；還具有工藝方法簡單、容易操作，成本低廉，可廣泛應用於燃煤電廠煙氣的脫汞應用等特點。
文檔編號B01J20/20GK101474551SQ200810237190
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者劉清才, 溫良英, 董凌燕, 威 高, 鹿存房 申請人:重慶大學