用于燃煤氟污染治理的固氟劑及其制備方法和應用方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑，是按Ca2+、Al3+、Na+、K+的摩爾比為30:1.5:3:2-4.5分別稱取醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過180-300目篩，加入相當于混合物重量6-12倍的水，70-90℃加熱攪拌2-6小時，100-120℃干燥，研磨過180-300目篩制得；該固氟劑相比傳統固氟劑碳酸鈣，孔隙率和比表面積得到大幅提高，能夠在煤燃燒過程中高效固化氟元素，有效降低高溫煙氣中的氟含量；相比單獨以醋酸鈣鎂鹽作為固氟劑，對高溫煙氣的脫氟效果更為顯著；此外，該固氟劑的制備方法簡便，原料價格低廉，生產成本低；應用該固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的方法操作簡便。
【專利說明】用于燃煤氟污染治理的固氟劑及其制備方法和應用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境污染防治【技術領域】，具體涉及一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑，其制備方法，以及應用該固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的方法。
【背景技術】
[0002]氟是煤中含量較高的微量元素，大多在20~500mg/kg，平均值約150mg/kg。煤燃燒過程中，隨著燃燒溫度的升高，氟的析出率逐漸增加，280°C時開始析出，3000C時析出率為0.8%，900°C時析出率為75.8%，1200°C時析出率為97.3%。氟化物在高溫下生成HF、SiF4, CF4等氣體污染物。這些污染物一部分被除塵器俘獲后賦存在飛灰中，極小部分殘留在灰渣中，剩余的大部分被排入大氣中，不僅嚴重腐蝕鍋爐和煙氣凈化設備，而且造成大氣氟污染和生態環境的破壞。
[0003]燃煤污染型氟中毒在我國已成為地方病，長期攝入過量的氟元素會導致慢性氟中毒，主要表現為氟斑牙和氟骨癥。研究表明，引起世界關注的溫室效應與全球氣候變暖問題、南極上空臭氧空洞問題、酸雨問題等，都與人為排放氟化物有關。針對日益突出的燃煤氟排放問題，電站及工業鍋爐、窯爐燃煤氟污染的治理已開始起步。
[0004]目前，高溫煙氣中洗脫氟污染物技術和煤燃燒過程中固化氟元素技術是解決燃煤氟污染問題的兩個主要研究方向。高溫煙氣中洗脫氟污染物技術是指在除塵器前的煙道中利用堿液淋洗或噴射堿性固氟劑等方法脫除氟污染物；煤燃燒過程中固化氟元素技術則是指預先在煤中摻入固氟劑或向燃燒室中噴射固氟劑，從而在煤燃燒過程中將氟固化在煤渣中。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑，在煤燃燒過程中能夠高效固化氟元素；目的之二在于提供該固氟劑的制備方法，原料價格低廉，制備簡便，成本低；目的之三在于提供一種應用該固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的方法，操作簡便。
[0006]經研究，本發明提供如下技術方案:
[0007]1.用于燃煤氟污染治理的固氟劑的制備方法，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2-4.5分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽CaMg2 (CH3COO6)、硫酸鋁Al2 (SO4) 3、碳酸鈉Na2CO3和碳酸鉀K2CO3,均勻混合，研磨過180-300目篩，再加入相當于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2-6小時，最后100_120°C干燥，研磨過180-300目篩，即得固氟劑。
[0008]優選的，所述制備方法包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過300目篩，再加入相當于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2-6小時，最后100-120°C干燥，研磨過300目篩，即得固氟劑。[0009]更優選的，所述制備方法包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過300目篩，再加入相當于混合物重量10倍量的水，80°C加熱攪拌2小時，最后120°C干燥，研磨過300目篩，即得固氟劑。
[0010]2.采用所述制備方法制得的固氟劑。
[0011]3.應用所述固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的方法，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過180-300目篩，所得煤粉與固氟劑按質量比為100:1-10均勻混合后，在900-12001:
進行高溫燃燒。
[0012]優選的，所述應用固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的的方法，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過300目篩，所得煤粉與固氟劑按質量比為100:1均勻混合后，在1100°C進行高
溫燃燒。
[0013]本發明的有益效果在于:本發明將鈣基質材料醋酸鈣鎂鹽與調制劑硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀按一定Ca2+、Al3+、Na+、K+摩爾比進行配方，制得了一種用于燃煤氟污染治理的固氟劑。其中，醋酸鈣鎂鹽中的鈣對氟的遷移轉化有著明顯的干預能力；硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀可以明顯地改善鈣基質材料的微觀空隙結構，促進鈣基質材料孔容、比表面積及內孔空隙率的增加。本發明的固氟劑相比傳統的燃煤固氟劑碳酸鈣，孔隙率和比表面積得到大幅度提高，能夠在煤燃燒過程中高效固化氟元素，有效降低高溫煙氣中的氟含量；相比單獨以醋酸鈣鎂鹽作為固氟劑，對高溫煙氣的脫氟效果更為顯著。此外，該固氟劑的制備方法簡便，原料價格低廉，生產成本低；應用該固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的方法操作簡便。因此，該固氟劑在燃煤氟污染治理領域有著良好的應用前景，經濟與環境綜合效益顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0015]圖1為本發明固氟劑與傳統的燃煤固氟劑碳酸鈣的比孔容積-孔直徑分布比較圖。
[0016]圖2為本發明固氟劑與傳統的燃煤固氟劑碳酸鈣的孔數-孔直徑分布比較圖。
[0017]圖3為本發明固氟劑的電鏡掃描圖。
[0018]圖4為固氟劑投加比對燃煤氟揮發率的影響。
[0019]圖5為燃燒溫度對燃煤氟揮發率的影響。
[0020]圖6為同等實驗條件下不同添加劑的固氟效果。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0022]一、本發明固氟劑的制備
[0023]1、研磨粒徑、調制劑種類及調制離子摩爾比對燃煤固氟效果的影響
[0024]在高溫燃煤過程中，鈣離子是吸附與化學固氟的活性位，氟的固化是通過鈣基質材料對氟的捕獲作用實現的。為了進一步提高固定氟的效率，可以利用物理化學方法從添加劑的改性角度來改善鈣基質材料的孔隙率與比表面積及提高鈣離子的活性。為了提高鈣基質材料與燃煤的接觸面積，可以通過物理研磨的方法將其磨細。本發明根據前期研究結果，選用醋酸鈣鎂鹽為鈣基質材料，碳酸鈉、碳酸鉀和硫酸鋁為調制劑，通過改變研磨粒徑、調制劑種類和調制離子摩爾比，以期獲得燃煤氟固化的最優效果。
[0025]實驗采用三因素三水平無交互作用的正交實驗，各因素水平見表1。按Ca2+與調制劑金屬離子的摩爾比分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽和調制劑，均勻混合，研磨過篩，再加入相當于混合物重量10倍量的水，80°C加熱攪拌2小時，最后120°C干燥，研磨過篩，制得固氟劑；將固氟劑按lwt%的投加比加到煤樣中，在1100°C燃燒條件下進行燃燒測試。正交試驗結果見表2。正交試驗方差分析結果見表3。
[0026]表1正交試驗因素水平表
[0027]
【權利要求】
1.用于燃煤氟污染治理的固氟劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2-4.5分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合，研磨過180-300目篩，再加入相當于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2-6小時，最后100-120°C干燥，研磨過180-300目篩，即得固氟劑。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合,研磨過300目篩，再加入相當于混合物重量6-12倍量的水，70-90°C加熱攪拌2_6小時，最后100-120°C干燥，研磨過300目篩，即得固氟劑。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按Ca2+、Al3+、Na+、K+離子的摩爾比為30:1.5:3:2分別稱取一定量的醋酸鈣鎂鹽、硫酸鋁、碳酸鈉和碳酸鉀，均勻混合,研磨過300目篩，再加入相當于混合物重量10倍量的水，80°C加熱攪拌2小時，最后120°C干燥，研磨過300目篩，即得固氟劑。
4.采用權利要求1至3任一項所述制備方法制得的固氟劑。
5.應用權利要求4所述固氟劑在煤燃燒過程中固化氟的方法，其特征在于，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過180-300目篩，所得煤粉與固氟劑按質量比為100:1-10均勻混合后，在900-1200°C進行高溫燃燒。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，包括以下步驟:將原煤干燥，研磨過300目篩，所得煤粉與固氟劑按質量比為100:1均勻混合后，在1100°C進行高溫燃燒。
【文檔編號】C10L9/10GK103923721SQ201410192992
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】李東偉, 許國靜, 黃濤, 郭勝利, 周雯 申請人:重慶大學