一種工業含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備方法與應用
【專利摘要】本發明公開了一種工業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含硫廢氣改性劑中，加熱處理，即得工業含硫廢氣改性碳基吸附劑。本發明還公開了上述工業含硫廢氣改性碳基吸附劑在煙氣脫汞中的應用及其應用方法。與現有技術相比，本發明將利用工業含硫廢氣改性碳基吸附劑，增強吸附劑的脫汞性能，以廢治廢，并同時實現了汞的脫附回收利用，減少進入大氣的總汞含量，同時減少了寶貴的自然資源汞的浪費。
【專利說明】
一種工業含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備方法與應用
技術領域
[0001] 本發明屬于環境保護領域，具體涉及一種工業含硫廢氣改性碳基吸附劑及其制備 方法與應用。
【背景技術】
[0002] 汞是一種劇毒性的重金屬元素，嚴重威脅著自然環境和人類健康。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準及經濟高效 的脫汞技術還遠遠滯后于世界發達國家。2011年中國環境與發展國際合作委員會特別政策 研究組(SPS Team)建議將我國目前執行的燃煤火力發電的汞排放限值進一步嚴格: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展路線主要有燃燒前脫汞、利用 燃煤電廠現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 上各種脫汞技術雖然能有效地將煤中汞轉移至洗煤液中，或脫除煙氣中的汞，或將汞轉移 至飛灰或低渣中，有效減少了排入大氣環境中的汞含量，但是均沒有實現汞的回收利用和 脫汞吸附劑的循環再生，造成了自然資源嚴重浪費和脫汞成本高昂的問題。因此，面對日益 嚴格的汞排放要求，研發出經濟高效的煙氣脫汞技術勢在必行。
[0003] 碳基吸附劑具有高度發達的孔隙結構，決定其不僅具有較強的物理吸附能力，同 時也為各種活性組分的擔載，進而產生強大的化學吸附提供了活性位。但是，未經改性的碳 基吸附劑對單質汞并無高效的定向脫除能力。硫對汞極具親和力，硫改性可顯著增強碳基 吸附劑的汞吸附脫除能力，并且通過減壓、升溫或電化學等方法亦可將吸附態的汞進行脫 附、富集、回收、利用。因此，利用含硫化物的工業廢氣作為改性劑來增強碳基吸附劑的脫汞 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汞脫附回收的潛 在的理化性質。本方法一方面降低了煙氣脫汞成本實現工業廢棄物的資源化利用，另一方 面實現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 的循環體系，具有重要的理論意義和潛在的工業應用價值。
[0004] 目前，專利CN102258936A公開了一種煙氣多污染物控制技術中汞回收的裝置及方 法，但該法步驟比較復雜，需要添加多種藥劑，并且在反應過程中產生了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 載在廢舊脫硫劑表面，提高其活性來增強脫除零價汞的特性，但是該法沒有實現汞的回收 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硫后的廢脫硫 劑脫除煙氣中的汞的方法，實現了以廢治廢的目的，但也僅僅對汞進行了吸附脫除，沒有達 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，但此工藝也強調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。另外該技術采用高濃度二氧化硫吹掃實現吸附劑再生。本發明針對的是工業 含硫廢氣在600-700°C改性碳基吸附劑煙氣，同時與含汞煙氣進行吸附反應，然后送入到脫 附裝置中在250-400°C下實現汞脫附及回收，最后吸附劑再送入改性裝置中實現再生。因 此，本發明全面循環的特點決定其具有顯著的環境和社會效益。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種工業含硫廢氣改性碳基吸附劑，以解決現有 技術存在的脫附效果不佳，無法實現資源的回收利用等問題。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：
[0007] -種工業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含硫廢氣改性劑中，加熱處理，將硫化物以多種含 硫官能團的形式富集于吸附劑表面，即得工業含硫廢氣改性碳基吸附劑;反應式如下：
[0012] 其中，所述的碳基吸附劑為活性炭、生物質焦或石油焦，所述的工業含硫廢氣改性 劑為含硫化物的工業廢氣;其中，工業廢氣中，硫化物的質量分數為0.2~5%。此處如果硫 化物濃度過高，會與汞產生競爭吸附，抑制吸附劑對汞的吸附作用。
[0013] 其中，工業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含硫廢氣改性碳基吸附劑也在本發明的保護范圍 之內。
[0016] 上述工業含硫廢氣改性碳基吸附劑在煙氣脫汞中的應用也在本發明的保護范圍 之內。
[0017] 其中，所述的應用方法為：
[0018] (1)將工業含硫廢氣改性碳基吸附劑噴入含汞煙氣中進行接觸反應，相汞以HgS的 形式結合在吸附劑表面，分離得到富汞的工業含硫廢氣改性碳基吸附劑;反應式如下：
[0019] Hg(g)+C-S(s)^C-HgS(s)；
[0020] (2)將步驟（1)中所得的富汞的工業含硫廢氣改性碳基吸附劑在惰性氣體保護下 進行加熱脫附，停留在碳基吸附劑表面的HgS重新以氣態Hg t3的形式完全釋放，所得氣態汞 經惰性氣體輸送至冷凝裝置中回收;反應式如下：
[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，再生得到工業含硫廢氣改性碳 基吸附劑;反應式如下：
[0026] 步驟（1)中，工業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，接觸反應中，反應時間為1~2s。
[0027] 步驟(2)中，所述的加熱脫附中，反應溫度為250~400°C，反應時間為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，再生得到工業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廢氣中，600~700°C下加熱 處理1~5s，即得工業含硫廢氣改性碳基吸附劑;其中，工業廢氣中，硫化物的質量分數為 0.2~5%，如果硫化物濃度過高，會與汞產生競爭吸附，抑制吸附劑對汞的吸附作用;含硫 化物的工業廢氣的流速為1~5m/s。
[0030] 有益效果：
[0031] 與現有技術相比，本發明具有如下優勢：
[0032] (1)將低濃度含硫工業廢氣資源化，變廢為寶；
[0033] (2)利用工業含硫廢氣改性碳基吸附劑，增強吸附劑的脫汞性能，以廢治廢；
[0034] (3)實現汞的脫附回收利用，減少進入大氣的總汞含量，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)實現了吸附脫汞-加熱脫附-氣體改性活化再生連續循環過程。
【附圖說明】
[0037] 圖1為實施例1中工業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，本發明涉及的一種工業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器3、除塵捕獲分離裝置6、汞脫附反應器8、汞分離反應器 10和汞冷凝回收裝置12,含硫工業廢氣1自下而上進入碳基吸附劑載硫活化反應器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與汞脫附反應器8的底部連接;脫附反應器8的出口與汞 分離反應器10通過吸附劑乏料管道9連接;汞分離反應器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 %的工業廢氣以3m/s的速度進入碳基吸附劑載硫活化反應器3,同 時吸附劑乏料通過管道2進入反應器3,在650°C的溫度條件下，兩者進行充分接觸，將硫化 物以多種含硫官能團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器8,在300°C溫度氮氣氣氛條件下加熱進行汞的脫附，停留于碳 基吸附劑表面的HgS重新以氣態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進入活化反應器3與含SO 2工業廢氣在650Γ條件下再生，實現改性碳基吸附劑煙氣汞 脫除回收及吸附劑再生的循環過程。
[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到90 %以上。
【主權項】
1. 一種工業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含硫廢氣改性劑中，加熱處理，即得工業含硫廢氣改性 碳基吸附劑。2. 根據權利要求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 焦或石油焦，所述的工業含硫廢氣改性劑為含硫化物的工業廢氣;其中，工業廢氣中，硫化 物的質量分數為〇. 2~5 %。3. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，工業含硫廢氣改性劑的流速為1~5m/ So4. 根據權利要求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. 權利要求1~4中任意一項制備得到的工業含硫廢氣改性碳基吸附劑。6. 權利要求5所述的工業含硫廢氣改性碳基吸附劑在煙氣脫汞中的應用。7. 根據權利要求6所述的應用，其特征在于，所述的應用方法為： (1) 將工業含硫廢氣改性碳基吸附劑與含汞煙氣進行接觸反應后，分離得到富汞的工 業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含硫廢氣改性碳基吸附劑在惰性氣體保護下進行 加熱脫附，所得氣態汞經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，再生得到工業含硫廢氣改性碳基吸 附劑。8. 根據權利要求7所述的應用方法，其特征在于，步驟(1)中，工業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，接觸反應中，反應時間為1~2s。9. 根據權利要求7所述的應用方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的加熱脫附中，反應 溫度為250~400°C，反應時間為1~2s。10. 根據權利要求7所述的應用方法，其特征在于，步驟(3)中，脫附后的吸附劑與含硫 廢氣反應，再生得到工業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 的含硫化物的工業廢氣中，600~700 °C下加熱處理1~5s，即得工業含硫廢氣改性碳基吸附 劑;其中，工業廢氣中，硫化物的質量分數為0.2~5%，如果硫化物濃度過高，會與汞產生競 爭吸附，抑制吸附劑對汞的吸附作用;含硫化物的工業廢氣的流速為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
【發明人】荀波
【申請人】南京正森環保科技有限公司