一種以粉煤灰為主要原料的煙氣脫水陶瓷膜製備方法與流程

2023-05-22 01:31:21 3

本發明屬於火力發電行業節水、節能和減排技術領域,涉及一種以粉煤灰為主要原材料的煙氣脫水陶瓷膜的製備方法。

背景技術：

我國「富煤、貧油、少氣」的能源現狀決定了我國一次能源消費在很長一段時間仍然以煤炭為主。近十年煤炭消費量佔能源消費總量略有下降，維持在70%左右，其中發電用煤佔50%以上。近年來，火電裝機容量不斷增加，粉煤灰的產量也急劇增加，到2015年底，粉煤灰的年產量達六億多噸，高居世界首位。粉煤灰不僅汙染環境，還要佔用大量土地堆放，因此，利用和處理刻不容緩，已成為當前的一個研究熱點。

國內外對粉煤灰的應用大致可分為低、中、高三個層次：低層次應用是指用於築路、礦井回填、土壤改良等方面；中層次應用是指用在建築材料等方面，包括奧運工程、世博會工程、地鐵工程等混凝土中均摻入粉煤灰；高層次應用是指對礦物質的分選利用、金屬的提取、陶瓷的生產以及在冶金工業和在塑料工業領域的應用。低、中層次的利用都屬於基礎利用，沒有開發出粉煤灰中的價值，屬於對資源的浪費。只有高層次的利用能極大的發揮粉煤灰的價值，因此高層次利用一直是研究重點和熱點，本發明就屬於粉煤灰的高層次利用。根據粉煤灰的組成成分，通過添加粘結劑、塑化劑、燒結助劑等，有效利用粉煤灰中的殘留煤粒作為造孔劑進行多孔陶瓷製備。通過有效的表面改性得到非對稱多孔陶瓷膜繼而進行煙氣脫水。既能夠實現粉煤灰的高效利用，減少粉煤灰輸運過程中對環境的危害；又能通過煙氣脫水實現火電廠排煙餘熱和水資源的回收，進而提高鍋爐效率，實現火電廠的深度節能節水和汙染物減排。

目前，國內外商業化多孔陶瓷的製備，大都以鋁基、鋯基、鈦基和矽基為主，用於廢氣和汙水處理方面，成本過高。採用粉煤灰製備得到的堇青石陶瓷具有極好的化學、熱力學和機械穩定性，而且具有非常低的熱膨脹係數，同時得到的陶瓷膜具有良好的吸水性，既有利於水分回收，又可以提高粉煤灰的利用價值減輕這種工業廢料對環境的危害。通過對該陶瓷膜在表面進行塗層，可以得到非對稱多孔陶瓷膜，這種陶瓷膜擁有較大的滲透通量和一定的選擇性，完全可以替代商業化多孔陶瓷膜進行廢氣和汙水處理。

本發明中利用該多孔陶瓷膜通過毛細管冷凝進行煙氣中的水分捕集，繼而降低煙氣的酸露點，減少低溫腐蝕，同時回收部分水資源，實現節能減排。

技術實現要素：

為了減少煙氣脫水多孔陶瓷膜的製備成本，有效整合利用電廠現有資源，本發明提供一種低成本、高效利用電廠廢料粉煤灰進行多孔陶瓷膜製備的方法。該方法提高了粉煤的利用價值，實現了電廠資源的有效配置利用，所得陶瓷膜具有良好的機械強度和熱穩定性。

實現本發明的技術方案是：採用擠出成型法進行粉煤灰基支撐體的製備，採用浸漬塗膜進行分離層製備，得到非對稱堇青石多孔陶瓷膜。

製備方法包括：

一、支撐體的製備

1、配料：主料為粉煤灰，比例在68%以上；輔料為糊精、高粘羧甲基纖維素、甘油和高嶺土，比例小於32%；

2、粉料：採用立式球磨機進行幹磨4h，保證配料的均勻混合以及骨料中顆粒尺寸100目以下；

3、混料：水料比在0.25-0.28；

4、真空練泥：將混料進行4-5次真空練泥，然後密封陳腐12h，使水分混合均勻。再次真空練泥2-3次，保證坯料有一定的強度和塑形；

5、成型：採用螺杆擠出成型機進行擠出成型；

6、校直：在校直機上進行校直，同時室溫乾燥48h，保證坯體具有相當好的強度，運輸過程不變形；

7、乾燥：在高溫恆溫乾燥箱進行乾燥24h；

8、燒結：在管式爐中進行燒結，維持升溫速度在2-3℃/秒，最終在1250℃保溫5h，然後隨爐冷卻。

二、分離層製備

1、將分析純al(no3)3•9h2o固體溶於去離子水中，充分攪拌，靜置24h留用；

2、用分析純氨水配置稀釋氨水備用；

3、將硝酸鋁溶液逐滴加入到氨水中，得到絮狀勃姆石；

4、通過過濾，去離子水洗滌三次，恆溫保溫箱乾燥得到勃姆石；

5、用去離子水加熱水解勃姆石，攪拌水解5h，製得勃姆石水溶液；

6、加入1mol/l的硝酸；

7、在恆溫水浴鍋中保溫15h得到勃姆石溶膠；

8、將管狀支撐體在勃姆石溶膠中浸漬，然後乾燥24h，重複4-5次；

9、燒結：維持升溫速度在0.25℃/min-1℃/min之間，並在100℃、170℃及400℃時保溫2h，最終在800℃保溫2h，然後隨爐冷卻至室溫。

本發明的有益效果為：

本發明涉及電廠固體廢物粉煤灰的高效利用以及鍋爐煙氣中餘熱和水分的回收利用，極大地實現了電廠內部資源的綜合有效利用，在減少排放的基礎上進行節能節水的研究，不僅可以提高鍋爐熱效率，而且可以降低煙氣酸露點溫度，減少電站鍋爐尾部煙道的低溫腐蝕，同時降低鍋爐排放煙氣中的水分含量，為火電廠實現深度節能減排提供了一個嶄新的方向和思路。