一种利用含硫烟气制备纳米氧化铝的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及纳米氧化侣的制备方法，具体设及一种利用含硫烟气制备纳米氧化侣 的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 纳米氧化侣是一种尺寸为1~100 nm的超细微粒。自80年代中期纳米级氧化侣 粉末问世W来，人们对运一高新材料的认识不断加深，并发现它的许多特性，如表面积非常 大、表面张力极大、颗粒间的结合力非常大、铁系合金的超微颗粒磁性明显强于块状金属、 超微颗粒对光有强烈的吸收能力、烙点比金属块低得多、化学活性强，易起化学反应、在低 溫时几乎没有热的绝缘性等。纳米氧化侣因其表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸 的减小而急剧增大，所W显示出强烈的体积效应（小尺寸效应）、量子尺寸效应、表面效应 和宏观量子隧道效应，进而在光、电、热力学和化学反应等许多方面表现出一系列的优异性 能。纳米氧化侣应用十分广泛，如制作耐热材料、导弹窗口和高压钢灯灯管材料、计算机集 成电路基片、耐磨材料和生物陶瓷材料、催化剂和催化剂载体、航空兵武装直升机底部反轻 武器的所用的装甲、机械切削加工用的陶瓷刀片、人造宝石原料、复合陶瓷、低溫塑性陶瓷、 防污防尘耐磨防火的纳米陶瓷涂料、防晒护肤品、有机高分子材料和无机材料的硬质弥散 相、汽车尾气净化器的催化剂等都需要大量纳米氧化侣粉。
[0003] 纳米氧化侣粉体的制备方法归纳起来可分为物理法和化学法两大类，而纳米氧化 侣粉体多采用化学法制备，化学法包括化学气相法和液相法。化学气相法中原料在反应前 必须完全气化，运需要消耗很多的能量，而且反应需要大量的惰性气体，运两方面导致成本 偏高，不适合大批量工业化生产。液相法是通过液相合成粉体，由于在液相中配制，可实现 分子原子水平上的均匀混合，制得的粉体颗粒小，纯度高，形状规整，粒径分布范围窄。然 而，不管是物理法和化学法，生产成本较高，不宜规模扩大，降低纳米氧化侣生产成本成为 制约纳米氧化侣工业发展的一个瓶颈。
[0004] CN98110593. 9公开了一种W偏侣酸钢-二氧化碳为原料制备活性氧化侣的方法， 其特点是在采用单流变抑值中和成胶的同时，根据催化剂的需要选择相应的制备条件或 选择适宜的助剂对氧化侣进行改性。具体包括：（1)将氨氧化侣粉和氨氧化钢配成浓偏侣 酸钢溶液，然后稀释；（2)将步骤（1)所得的溶液在揽拌下通入C〇2气体，控制抑值达8~ 12时停止成胶；（3)将步骤（2)所得的浆液过滤、洗涂、干燥得拟薄水侣石干胶；（4)将步 骤（3)所得的物料粉碎，加入扩孔剂，配料捏合成型，干燥、赔烧得氧化侣载体。所制备的氧 化侣孔容大、晶相纯、杂质含量低，并可对其孔结构进行适当的调整。该专利是利用NaAl〇2 溶液可W与C〇2发生如下反应： C〇2(少量）+2NaAl〇2 + 抓2〇 =化2〇)3 + 2A1(0H)3! C〇2(过量）+ NaAl〇2 + 2&0 = NaHC〇3 + A1(0H)3 I 但是上述方法利用二氧化碳气体作为反应物，由于二氧化碳溶于水产生的碳酸酸性较 弱，对整个溶液系统抑调节性较差，从而使二氧化碳与偏侣酸钢反应较慢，导致反应时间 相对较长，因此不利于生成的纳米氧化侣大小的控制。
[0005] 另一方面，在炼油工业上，催化裂化或S-Zorb再生烟气中含有大量的S〇2,直接排 放污染环境，而且国家法规日益严重，因此含硫烟气需要进行脱硫处理后排入大气，传统的 方法一般采用化学碱溶液对其进行化学吸收处理，处理后的富吸收液氧化后排放到污水厂 处理，运样不但加大了污水厂的负荷，而且烟气中的硫资源没有回收利用。虽然现今开发了 氨法、双碱法等回收型脱硫技术，但是其产品本身附加值较低，而且往往纯度达不到市场要 求。
[0006] 文献"偏侣酸钢法烟气脱硫装置的开发"（谢霞辉，下及译，硫酸工业，1980年）中 报道了日本东丽工程公司开发的一种烟气脱硫方法，应用偏侣酸钢处理烟气脱硫，回收硫 酸侣的方法，简称"偏侣酸钢-硫酸侣法"。该法利用偏侣酸钢作吸收剂回收硫酸侣，可将烟 气中的硫制成有用的凝聚剂。该过程可分为吸收反应和氧化反应两个步骤，在吸收反应塔 中，用硫酸侣和硫酸钢的混合液作吸收，进行循环使用，并在循环液中补充偏侣酸钢。反应 中生成的氨氧化侣与二氧化硫起反应。随着吸收液亚硫酸侣浓度的增加，对二氧化硫的吸 收能力不断降低。因此，需将溶液进行氧化，将亚硫酸侣氧化为硫酸侣后的溶液一部分返回 吸收塔作淋洒吸收液，吸收二氧化硫气体用；一部分作为副产品引出。该方法主要是吸收烟 气中二氧化硫用于制备硫酸侣凝聚剂，并不适用于制备纳米氧化侣等。
【发明内容】
[0007] 本发明提出了一种利用含硫烟气制备纳米氧化侣的方法及装置。本发明解决了纳 米氧化侣生产成本高及含硫烟气污染环境的问题，实现了含硫烟气的达标排放和高附加值 纳米氧化侣的低成本生产。
[0008] 本发明含硫烟气制备纳米氧化侣的方法，包括如下内容：高溫含硫在吸收塔内与 偏侣酸钢溶液逆流接触，吸收后烟气从吸收塔顶部排出，吸收塔蓋吸收液流入浓缩槽进行 进一步反应和固液分离，并加入偏侣酸钢溶液控制浓缩槽抑值在9~12 ;固液分离出的沉淀 进入凝胶池，揽拌凝胶同时控制抑值在9~12,凝胶老化后进行抽滤、洗涂、干燥和赔烧制得 纳米氧化侣。
[0009] 本发明所述的含硫烟气来源于硫横回收装置焚烧尾气、催化裂化再生尾气或 S-zorb再生尾气。高溫含硫烟气降溫至40~55 °C，在吸收塔内与偏侣酸钢溶液逆流接触，控 制吸收塔蓋吸收液抑值在5~7。
[0010] 本发明所述的吸收塔下端为吸收塔蓋，吸收塔蓋上方为烟气入口，烟气入口处设 有工艺水冷却设备，高溫含硫烟气在进入吸收塔前经工艺水急冷后溫度降至40°C ~55°C。 吸收塔中端为烟气喷淋吸收段，在喷淋吸收段设有1~3层喷淋设备，降溫后的含硫烟气首 先与水反应生成亚硫酸，部分二氧化硫与偏侣酸钢反应生成氨氧化侣沉淀和亚硫酸钢等产 物，吸收塔内抑值控制在5~6,液气比为2~7。在喷淋吸收段上端设有除雾器，烟气经过除 雾器时可有效的去除其中携带的液滴；除雾器设有冲洗设备，可W喷洒工艺水对除雾器进 行冲洗，防止其结垢堵塞。通过除雾器之后的洁净烟气从吸收塔顶部的烟道排出。经处理 后烟气中的二氧化硫脱除率能达到95% W上。 阳0川本发明采用质量浓度为15%~45%的偏侣酸钢溶液调节抑值，偏侣酸钢溶液的加入 量通过抑值进行控制，保持吸收塔蓋吸收液抑值为5-7,浓缩槽中溶液抑值为9~12。吸 收塔蓋吸收液一部分进入喷淋层洗涂烟气，一部分自流入浓缩槽中进行进一步的中和反应 和固液沉降分离，浓缩槽上清液可W用于制备偏侣酸钢溶液。固液分离后，沉淀到浓缩槽底 部的氨氧化侣进入到凝胶池，在揽拌凝胶同时控制抑值在9~10,凝胶老化2~1化后进行真 空抽滤和洗涂，分离出的液体进行氧化，COD达标后作为废液排放。将洗涂抽滤后的凝胶进 行干燥，干燥溫度一般控制在100~150°C。最后将干燥好的凝胶进行赔烧，赔烧溫度根据需 要得到的目标产品的不同进行控制，当目标产物为丫-Al2〇3,赔烧溫度为450°C~550°C ;当 目标产物为α- AI2O3,赔烧溫度为1200°CW上。
[0012] 本发明含硫烟气制备纳米氧化侣的装置包括吸收塔、循环累、偏侣酸钢料仓、螺旋 给料机、补液槽、浓缩槽、渣浆累、氧化罐、凝胶池、真空过滤机、干燥机、赔烧设备、急冷器。
[0013] 本发明将偏侣酸钢吸收液与烟气中的S〇2进行的反应分为吸收和反应两个阶段。 吸收过程主要发生在吸收塔内，由于亚硫酸比碳酸酸性强，二氧化硫的存在使二氧化碳在 水中的溶解度大大减小，若将吸收塔内吸收液的抑值控制在5~7,既保证了烟气中二氧化 硫的脱硫效率，同时使吸收液只吸收烟气中的二氧化硫而不吸收二氧化碳，不仅避免了烟 气中二氧化碳对生成的纳米氧化侣品质的影响，而且减少了偏侣酸钢的使用量。二氧化硫 在吸收塔内被偏侣酸钢溶液吸收后，在浓缩槽中进行中和反应，通入偏侣酸钢溶液调节反 应体系的抑值在9~12,有利于沉淀反应的进行。本发明将偏侣酸钢与S〇2的吸收和反应分 步进行，能够更精确的对生成的纳米氧化侣的反应进行控制，从而生产出大小较为均一，纯 度较高的纳米氧化侣。
[0014] 与现有C〇2与偏侣酸钢反应制备纳米氧化侣的工艺相比，本发明具有W下优点：一 方面，采用S〇2与偏侣酸钢反应在制备出高附加值的纳米氧化侣同时，脱除了烟气中的二氧 化硫，实现了制备纳米氧化侣和烟气脱硫的双重效益，在相同脱硫效率的基础上，比单纯钢 法脱硫能够节约成本10% W上；另一方面，亚硫酸比碳酸酸性更强，溶解度更高，对抑调节 性更强，因此使用S化制备纳米氧化侣，大大缩短了反应时间，有利于控制纳米氧化侣的大 小。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的一种具体工艺流程示意图； 图中：1-吸收塔；2-除雾器；3-喷淋吸收段；4-吸收塔蓋；5-循环累；6-偏侣酸钢料 仓；7-螺旋给料机；8-补液槽；9-浓缩槽；10-渣浆累；11-氧化罐；12-凝胶池；13-真空过 滤器；14-干燥器；15-赔烧设备；16-急冷器。
[0016] 图2为本发明方法制备的纳米氧化侣的电镜图片。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明方法进行详细介绍，但不因此限制本发明。
[001引本发明含硫烟气制备纳米氧化侣的装置如图1所示，包括吸收塔1、循环累5、偏侣 酸钢料仓6、螺旋给料机7、补液槽8、浓缩槽9、渣浆累10、氧化罐11、凝胶池12、真空过滤 器13、干燥器14、赔烧设备15和急冷器16,其中吸收塔包括吸收塔蓋4、喷淋吸收段3和除 雾器2。在吸收塔1下端设有吸收塔蓋4,吸收塔蓋上方为烟气入口，烟气入口处设有急冷 器16,吸收塔中端设有喷淋吸收段3,在喷淋吸收段上端设有两级除雾器2,可有效