煤矸石作载体的高强度干式再生用CO₂吸附剂及其制备的制作方法

专利名称：煤矸石作载体的高强度干式再生用CO₂吸附剂及其制备的制作方法
技术领域：
本发明属CO2干式吸收剂及其制备领域，特别是涉及一种煤矸石作载体的高强度 干式再生用CO2吸附剂及其制备。
背景技术：
气候变化已经成为人类可持续发展的头号问题。众所周知，CO2是一种排放量最大 的温室气体。据预测，我国的CO2总排放量将于2020年左右超过美国而成为CO2的头号排 放大国，这样势必会给我国乃至全球带来更加严重的气候和生态环境的负面影响，因此，必 须尽早尽快采取有效措施控制CO2的排放，减缓“温室效应”。考虑到电厂烟气中CO2的分 压低和技术工艺的成熟性，化学吸收法对烟气中CO2的脱除相对而言是一种比较好的选择。 因此利用干法吸收剂通过气固反应脱除CO2的技术具有反应能耗低、循环利用效率高、对设 备无腐蚀、无二次污染且耗水量小等优点，已成为目前的研究热点。但目前干法吸收过程中 载体使用的是AC (活性炭)、Ti02、MgO、Si02、A1203、NaX, CsNaX, CaO等，运行费用较高，不适 合电厂中大规模使用。煤矸石是煤炭开采和加工过程中产生的固体废弃物，每年排放量相当于年煤炭产 量的15%左右。目前我国煤矸石堆存量累计已有30多亿t，且每年仍以上亿吨速度递增。 煤矸石长期堆存，不仅占用大量土地，而且在适宜的条件下会自燃，排放二氧化硫、碳氧化 物和烟尘等有害气体，严重污染环境，直接威胁着人类生存环境。尽管我国煤矸石及矸石渣 在许多领域(如建材领域)内得到应用，但因其活性差而利用量不大，综合利用率也不高， 仅分别为15% 25% (占全年排矸量)和45%左右。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸 附剂及其制备，该吸附剂比表面积大、孔隙率好、强度高、耐磨损，特别是对二氧化碳的吸附 脱除作用非常显著，制备方法简单，成本低，适合于工业化生产，实现以废治废。本发明的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂，其组分包括吸收 剂、载体、粘结剂，其重量比为2 6 4 8 1 2 ；所述吸收剂为碳酸钠或碳酸钾；所 述载体为重量比4-7 1的载体基料和载体辅料，载体基料为煤矸石，载体辅料为粘土；所 述粘结剂为液体硅酸钠(工业水玻璃)。所述的吸收剂、载体及粘结剂的重量比为3 6 1或4 5 1。所述的煤矸石为高岭石泥岩(铝硅比大于0. 5，小于0. 7的煤矸石)。所述粘土为广西白泥。本发明的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备方法，包括(1)将上述煤矸石筛选除杂，研磨筛分后得到粒径为50 100 μ m的颗粒料，作为 载体基料；再将粘土干燥后研磨得到粒径为50 100 μ m的颗粒料作为载体辅料；基料与 辅料按重量比4-7 1混合后研磨成粒径为5 50 μ m的微分粒；
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(2)将上述研磨后的微粉粒、吸收剂及粘结剂按重量百比2 6 4 8 1 2 加入水中，同时加入消泡剂与分散剂，混合成泥浆；(3)通过喷雾干燥器将泥浆制成粒径为50 100 μ m的球粒，干燥后进行煅烧得成
品 O所述步骤(1)中使用球磨机进行研磨。所述步骤(2)中的消泡剂为有机硅消泡剂，用量为水的质量的0. 5% _1%。所述步骤(2)中的分散剂为阴离子型分散剂多羧酸碳酸钠，用量为水的质量的 1% -5%。所述步骤(2)中泥浆质量百分比浓度为50% -70%。所述步骤(3)中的煅烧工艺为煅烧成型温度1100-1250°C，烧结时间为0. 5h。本发明通过煤矸石作为载体基料，煤矸石的主要化学成分包括Si02、Al203等，均具 有较大比表面积和较大空隙率；根据碳含量的多少煤矸石可分为四类一类小于4%，二类 4% 6%，三类6% 20%，四类大于20%。其中，第三类煤矸石可用作载体材料，具有较高 的强度及一定的烧失率，在物料高温时能够产生气体，这样有利于增大吸附剂空隙率，增加 吸收效率。以难以处置的煤矸石作为载体合成的吸附剂具有比表面积大、孔隙率好、吸附性 好、强度高、耐磨损等优点，吸收与再生效果显著，同时可以废物再利用，实现以废治废。粘 结剂为液体硅酸钠，一方面可以起到粘结作用，另一方面也可以增大Na2O的含量，加大助熔 功能，使所需颗粒更易成型。使用粘土作为添加剂，同时也可以起到粘结作用。有益效果(1)本发明的吸附剂比表面积大、孔隙率好、强度高、耐磨损；对C02的最大去除率 可达到90%左右，且在快速固体循环过程中抗磨损效果好，经过多次循环基本维持不变；(2)本发明的制备方法简单，成本低，适合于工业化生产；(3)充分利用电厂副产物煤矸石，有效解决了煤矸石处置的问题，实现以废治废。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例11.组分a.吸收剂碳酸钾；b.载体载体基料为高岭石泥岩煤矸石，载体辅料为广西白泥，基料与辅料重量 比 4 1 ；c.粘结剂工业水玻璃；重量比吸收剂载体粘结剂=3:6:1。2.制备工艺(1)将高岭石泥岩筛选除杂，用球磨机研磨筛分后得到粒径50 100 μ m的颗粒 料，作为载体基料，再将广西白泥干燥后研磨得到粒径为50 100 μ m的颗粒料作为载体辅料，基料与辅料按重量比4 1混合后进入球磨机共磨成粒径5 50 μ m的微粉粒；(2)将研磨后的微粉粒、碳酸钾及工业水玻璃依次或同时加入水中，使泥浆浓度约 达到60%，同时加入为水的质量的0. 5%左右的有机硅消泡剂与为水的质量的3%左右的 阴离子型分散剂多羧酸碳酸钠，混合成均勻泥浆；(3)通过喷雾干燥器将泥浆制成粒径为50 100 μ m的球粒；球粒干燥后在 1100-1250°C下煅烧0. 5h得成品。3.吸附效果(1)高岭石泥岩煤矸石作为吸附剂载体，不仅容易接触二氧化碳，还能赋予可吸附 反应所需水分的亲水性和高比表面积。(2)流化床中进行废气中二氧化碳俘获分离实验，吸收剂对C02的最大去除率可 达到90%左右，且在快速固体循环过程中抗磨损效果好，经过多次循环基本维持不变。实施例21.组分吸收剂碳酸钠；载体载体基料为高岭石泥岩煤矸石，载体辅料为广西白泥(或膨润土)，基料与 辅料重量比7 1 ；粘结剂工业水玻璃；重量比吸收剂载体粘结剂=4:5:1。2.制备工艺(1)将高龄泥岩煤矸石筛选除杂，用球磨机研磨筛分后得到粒径50 100 μ m的 颗粒料，作为载体基料，再将广西白泥干燥后研磨得到粒径为50 100 μ m的颗粒料，按重 量比1 1混合作为载体辅料，基料与辅料按重量比7 1混合后进入球磨机共磨成粒径 5 50 μ m的微分粒；(2)将研磨后的微粉粒、碳酸钠及工业水玻璃均加入水中，使泥浆浓度约达到 70%，同时加入为水的质量的0. 5%左右的有机硅消泡剂与为水的质量的5%左右的阴离 子型分散剂多羧酸碳酸钠，混合成均勻泥浆；(3)通过喷雾干燥器将泥浆制成粒径为50 100 μ m的球粒；球粒干燥后在 1100-1250°C下煅烧0. 5h煅烧得成品。3.吸附效果(1)高岭石泥岩煤矸石作为吸附剂载体，不仅容易接触二氧化碳，还能赋予可吸附 反应所需水分的亲水性和高比表面积。(2)流化床中进行废气中二氧化碳俘获分离实验，吸收剂对C02的最大去除率可 达到90%左右，且在快速固体循环过程中抗磨损效果好，经过多次循环基本维持不变。
权利要求
一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂，其组分包括吸收剂、载体、粘结剂，其重量比为2～6∶4～8∶1～2；所述吸收剂为碳酸钠或碳酸钾；所述载体为重量比4 7∶1的载体基料和载体辅料，载体基料为煤矸石，载体辅料为粘土；所述粘结剂为液体硅酸钠。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂，其特征 在于所述的吸收剂、载体及粘结剂的重量比为3 6 1或4 5 1。
3.根据权利要求1所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂，其特征 在于所述的煤矸石为高岭石泥岩。
4.根据权利要求1所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂，其特征 在于所述粘土为广西白泥。
5.一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备方法，包括(1)将煤矸石筛选除杂，研磨筛分后得到粒径为50 100μ m的颗粒料，作为载体基料； 再将粘土干燥后研磨得到粒径为50 100 μ m的颗粒料作为载体辅料；基料与辅料按重量 比4-7 1混合后研磨成粒径为5 50 μ m的微分粒；(2)将上述研磨后的微粉粒、吸收剂及粘结剂按重量百比2 6 4 8 1 2加入 水中，同时加入消泡剂与分散剂，混合成泥浆；(3)通过喷雾干燥器将泥浆制成粒径为50 100μ m的球粒，干燥后进行煅烧，即得。
6.根据权利要求5所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备方 法，其特征在于所述步骤(1)中使用球磨机进行研磨。
7.根据权利要求5所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备方 法，其特征在于所述步骤(2)中的消泡剂为有机硅消泡剂，用量为水的质量的0. 5%-1%0
8.根据权利要求5所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备方 法，其特征在于所述步骤(2)中的分散剂为阴离子型分散剂多羧酸碳酸钠，用量为水的质 量的-5%。
9.根据权利要求5所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备方 法，其特征在于所述步骤(2)中泥浆质量百分比浓度为50% -70%。
10.根据权利要求5所述的一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂的制备 方法，其特征在于所述步骤(3)中的煅烧工艺为煅烧成型温度1100-1250°C，烧结时间为 0. 5h。
全文摘要
本发明涉及一种煤矸石作载体的高强度干式再生用CO2吸附剂及其制备，其组分包括吸收剂、载体、粘结剂，其重量比为2～6∶4～8∶1～2；制备包括(1)将煤矸石研磨筛分，作为载体基料；再将粘土干燥后研磨作为载体辅料；基料与辅料混合后研磨；(2)将上述研磨后的微粉粒、吸收剂及粘结剂加入水中，同时加入消泡剂与分散剂，混合成泥浆；(3)将泥浆制成粒径为50～100μm的球粒，干燥后进行煅烧。本发明的吸附剂比表面积大、孔隙率好、强度高、耐磨损，是对二氧化碳的吸附脱除作用达到90％左右，制备方法简单，成本低，适合于工业化生产，实现以废治废。
文档编号B01J20/30GK101890331SQ20101024157
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者刁永发, 刘耀芳, 赵海龙, 邰晓燕, 陈博 申请人:东华大学