一种基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法和产品与流程

1.本发明涉及脱汞吸附剂制备技术领域，具体涉及一种基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法和产品。


背景技术：

2.汞具有剧毒性、富集性、持久性和长距离迁移性，一直以来都是环境治理的重点和难点。根据联合国环境规划署《2018年度全球汞评估报告》，目前全球每年汞排放量约为2220吨，亚洲占整个汞排放量的40％左右，中国是世界上最大的汞生产、使用和排放的国家。2013年10月，中国正式签订《关于汞的水俣公约》，并于2017年8月全球生效，这意味着我国对涉及汞污染相关的烟气治理、环境监测等标准会逐步提高要求。目前，对含汞烟气进行治理的最好的方法，公认为改性活性炭喷射法或者固定床吸附法，这都需要有高品质的脱汞吸附剂作为支撑。
3.目前国内对活性焦/炭脱汞吸附剂的研究主要集中在负载改性方面，通过对活性焦进行加热或者浸渍，负载硫、卤素或其它金属元素等，达到改性的目的。例如，在一种现有工艺中，采用20目～40目的活性炭通过热沉淀的制备方式，得到了载硫率为18％～30％的载硫活性炭。在另一种现有工艺中，利用2目～20目的活性炭与一定比例的硫磺粉进行混合、搅拌，密封加热，在300℃～400℃条件下加热2～4h，得到活性炭复合脱汞剂。或者，利用4mm～8mm的椰壳活性炭，经2％硫化钠水溶液浸渍改性后，再经过微波加热10min～15min后，与一定质量比的硫磺混合均匀后微波加热至500℃，得到烟气脱汞吸附剂。但是，经上述现有制备方法得到的脱汞吸附剂，或者因固定床共热方式，导致载硫过程中的硫元素随保护气体逸出，造成硫资源的浪费，降低了负载率；或者只在封闭加热的条件下，导致硫负载不均匀，产品质量一致性较差。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法和产品，以期至少部分解决现有脱汞吸附剂的制备方法硫负载率低、负载不均匀、产品质量一致性较差的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
7.将预设指标的活性焦与预设粒度的硫磺按照预设比例混掺，得到混合料；
8.将得到的混合料置于封闭反应器内，在预设工艺条件下进行转动式共热反应，以得到载硫脱汞吸附剂。
9.进一步地，所述活性焦为不定型颗粒状的煤质活性焦，预设指标为粒度3mm～8mm，比表面积300m2/g～600m2/g，着火点≥420℃。
10.进一步地，所述硫磺的预设粒度为40目～200目。
11.进一步地，所述混合料中所述活性焦与所述硫磺掺混的预设比例为预设质量比
例，所述预设质量比例为活性焦：硫磺＝100:3～100:20。
12.进一步地，将预设指标的活性焦与预设粒度的硫磺按照预设比例混掺，得到混合料，具体包括：
13.将预设比例的活性焦和硫磺，在容器内进行手动混合，得到初混料；
14.将所述初混料置于封闭反应器内，进行二次混合，以获得所述混合料；
15.将装有所述混合料的封闭反应器放入管式电阻炉的转动系统，以5hz～30hz的频率转动。
16.进一步地，所述转动式共热反应的反应条件为，升温速率为3℃/min～15℃/min，反应温度为200℃～600℃，反应时间为2h～5h。
17.进一步地，还包括：
18.停止加热后取出封闭反应器，冷却至常温后取出脱汞吸附剂，密封保存。
19.本发明还提供一种脱汞吸附剂，应用如上所述的方法制得，所述脱汞吸附剂为不定型颗粒状，所述脱汞吸附剂的粒度为3mm～8mm，比表面积为200
㎡
/g～600
㎡
/g，载硫率为3％～15％，汞容≥1mg/g。
20.本发明所提供的基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法，利用的基础炭材料为低成本的小颗粒活性焦，放弃了现有技术中常用的木质活性炭和煤质柱状活性炭，大大降低了生产成本，经济实惠；本发明采用的基础炭材料是具有特定孔隙度和粒度的，可以更好的对硫元素进行吸附和负载，提高了硫负载率；且在工艺过程中采用封闭反应器，防止硫资源的浪费；采用转动式的动态共热反应，使硫元素负载均匀性较好，产品一致性较高。操作简单、高效，适合工业化生产。从而解决了现有脱汞吸附剂的制备方法硫负载率低、负载不均匀、产品质量一致性较差的技术问题。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
22.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
23.图1为本发明所提供的基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法的流程图。
具体实施方式
24.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在一种具体实施方式中，本发明所提供的基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法，
是以小颗粒活性焦作为原料，辅以一定比例的硫磺，采用封闭式反应器转动加热的方式进行制备。如图1所示，具体包括以下步骤：
26.s1：将预设指标的活性焦与预设粒度的硫磺按照预设比例混掺，得到混合料；具体地，所述活性焦为不定型颗粒状的煤质活性焦，预设指标为粒度3mm～8mm，比表面积300m2/g～600m2/g，着火点≥420℃，所述硫磺的预设粒度为40目～200目，所述混合料中所述活性焦与所述硫磺掺混的预设比例为预设质量比例，所述预设质量比例为活性焦：硫磺＝100:3～100:20。
27.也就是说，在原辅材料的准备阶段，选择不定型颗粒状的煤质活性焦，其指标为粒度3mm～8mm，比表面积300m2/g～600m2/g，着火点≥420℃，烘干后备用；将硫磺破碎至粒度为40目～200目；在配比阶段，活性焦与硫磺按照如下的重量进行配比：每100份活性焦，硫磺粉末为3～20份。
28.s2：将得到的混合料置于封闭反应器内，在预设工艺条件下进行转动式共热反应，以得到载硫脱汞吸附剂。其中，所述转动式共热反应的反应条件为，升温速率为3℃/min～15℃/min，反应温度为200℃～600℃，反应时间为2h～5h。
29.在供热反应阶段，设置各项反应参数，以升温速率3℃/min～15℃/min，确定反应终温为200℃～600℃，反应器转动频率为5hz～30hz，管式电阻炉在达到反应终温后，保持共热反应时间为2h～5h，停止试验。
30.为了提高混合均匀性，从而提高反应性能，将预设指标的活性焦与预设粒度的硫磺按照预设比例混掺，得到混合料，具体包括：
31.将预设比例的活性焦和硫磺，在容器内进行手动混合，得到初混料；
32.将所述初混料置于封闭反应器内，进行二次混合，以获得所述混合料；
33.将装有所述混合料的封闭反应器放入管式电阻炉的转动系统，以5hz～30hz的频率转动。
34.也就是说，在混合阶段，将已经配比完成的的活性焦和硫磺，在容器内首先进行手动混合，然后置于特制的封闭反应器内，进行二次混合。将封闭反应器放入管式电阻炉的转动系统内，安装完毕后开始共热反应。
35.s3：停止加热后取出封闭反应器，冷却至常温后取出脱汞吸附剂，密封保存。
36.在上述具体实施方式中，本发明所提供的基于活性焦的脱汞吸附剂的制备方法，利用的基础炭材料为低成本的小颗粒活性焦，放弃了现有技术中常用的木质活性炭和煤质柱状活性炭，大大降低了生产成本，经济实惠；本发明采用的基础炭材料是具有特定孔隙度和粒度的，可以更好的对硫元素进行吸附和负载，提高了硫负载率；且在工艺过程中采用封闭反应器，防止硫资源的浪费；采用转动式的动态共热反应，使硫元素负载均匀性较好，产品一致性较高。操作简单、高效，适合工业化生产。从而解决了现有脱汞吸附剂的制备方法硫负载率低、负载不均匀、产品质量一致性较差的技术问题。
37.下面以实施例1
‑
5为例，简述本发明所提供的方法的实施过程，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.实施例1
39.首先，试验选用的煤质不定型颗粒活性焦的粒度为2mm～3mm、比表面积为550m2/g、着火点440℃，105℃下干燥2h后备用；硫磺破碎至60目～160目。按比例称取100克筛选好的活性焦，再称取10克硫磺(按硫碳比为10％计)，在玻璃容器内手动进行混合、搅拌。
40.将初步混合后的活性焦与硫磺样品转移至试验特制的封闭反应器内，完全拧紧后轻轻晃动进行二次混合，然后将封闭反应器放置在管式电阻炉中，两端连接好转动系统。
41.设置共热改性负载相关试验参数，本实施例中设定升温速率为10℃/min，并在反应终温550℃条件下保持2h，反应器转动频率为15hz，反应时间达到后停止试验。冷却，取出脱汞吸附剂后密封保存。
42.本实施例中制得的脱汞吸附剂载硫率为8.5％，比表面积为498m2/g，汞容为5.2mg/g。
43.实施例2
44.首先，试验选用的煤质不定型颗粒活性焦的粒度为5mm～6mm、比表面积为535m2/g、着火点440℃，105℃下干燥2h后备用；硫磺破碎至60目～160目。按比例称取100克筛选好的活性焦，再称取5克硫磺(按硫碳比为5％计)，在玻璃容器内手动进行混合、搅拌。
45.将初步混合后的活性焦与硫磺样品转移至试验特制的封闭反应器内，完全拧紧后轻轻晃动进行二次混合，然后将封闭反应器放置在管式电阻炉中，两端连接好转动系统。
46.设置共热改性负载相关试验参数，本实施例中设定升温速率为5℃/min，并在反应终温400℃条件下保持4h，反应器转动频率为10hz，反应时间达到后停止试验。冷却，取出脱汞吸附剂后密封保存。
47.本实施例中制得的脱汞吸附剂载硫率为3.8％，比表面积为502m2/g，汞容为1.7mg/g。
48.实施例3
49.首先，试验选用的煤质不定型颗粒活性焦的粒度为4mm～6mm、比表面积为550m2/g、着火点437℃，105℃下干燥2h后备用；硫磺破碎至60目～160目。按比例称取100克筛选好的活性焦，再称取15克硫磺(按硫碳比为15％计)，在玻璃容器内手动进行混合、搅拌。
50.将初步混合后的活性焦与硫磺样品转移至试验特制的封闭反应器内，完全拧紧后轻轻晃动进行二次混合，然后将封闭反应器放置在管式电阻炉中，两端连接好转动系统。
51.设置共热改性负载相关试验参数，本实施例中设定升温速率为8℃/min，并在反应终温500℃条件下保持3h，反应器转动频率为10hz，反应时间达到后停止试验。冷却，取出脱汞吸附剂后密封保存。
52.本实施例中制得的脱汞吸附剂载硫率为12.3％，比表面积为461m2/g，汞容为8.4mg/g。
53.实施例4
54.首先，试验选用的煤质不定型颗粒活性焦的粒度为2mm～4mm、比表面积为544m2/g、着火点440℃，105℃下干燥2h后备用；硫磺破碎至60目～160目。按比例称取100克筛选好的活性焦，再称取10克硫磺(按硫碳比为10％计)，在玻璃容器内手动进行混合、搅拌。
55.将初步混合后的活性焦与硫磺样品转移至试验特制的封闭反应器内，完全拧紧后轻轻晃动进行二次混合，然后将封闭反应器放置在管式电阻炉中，两端连接好转动系统。
56.设置共热改性负载相关试验参数，本实施例中设定升温速率为5℃/min，并在反应
终温350℃条件下保持4h，反应器转动频率为5hz，反应时间达到后停止试验。冷却，取出脱汞吸附剂后密封保存。
57.本实施例中制得的脱汞吸附剂载硫率为6.8％，比表面积为477m2/g，汞容为4.6mg/g。
58.实施例5
59.首先，试验选用的煤质不定型颗粒活性焦的粒度为2mm～8mm、比表面积为528m2/g、着火点430℃，105℃下干燥2h后备用；硫磺破碎至60目～160目。按比例称取100克筛选好的活性焦，再称取8克硫磺(按硫碳比为8％计)，在玻璃容器内手动进行混合、搅拌。
60.将初步混合后的活性焦与硫磺样品转移至试验特制的封闭反应器内，完全拧紧后轻轻晃动进行二次混合，然后将封闭反应器放置在管式电阻炉中，两端连接好转动系统。
61.设置共热改性负载相关试验参数，本实施例中设定升温速率为10℃/min，并在反应终温450℃条件下保持3h，反应器转动频率为15hz，反应时间达到后停止试验。冷却，取出脱汞吸附剂后密封保存。
62.本实施例中制得的脱汞吸附剂载硫率为6.0％，比表面积为439m2/g，汞容为4.2mg/g。
63.以上通过5个实施例制备的成型碳基材料的产品指标。需要说明的是，以上5个实施例中，试验均进行2次平行的重复试验，结果取平均值。通过本发明提供的技术方案制备的脱汞吸附剂具有载硫率高、汞容大等特点，两项指标均优于目前市场上的脱汞炭材料；选用的基础炭材料为小颗粒活性焦，改性剂为普通的硫磺，生产成本低；采用封闭反应器动态加热的方式进行制备，硫负载均匀性较高，一致性较好；选取适当的粒度，避免了粉状脱汞吸附剂再生困难的不利之处，提高了利用率。
64.对于本发明制备的脱汞吸附剂性能指标，载硫率测定依据gb/t214
‑
2007煤中全硫的测定方法，汞容测定依据gb/t35254
‑
2017烟气集成净化专用碳基产品中的检测方法。
65.除了上述方法，本发明还提供一种脱汞吸附剂，应用如上所述的方法制得，所述脱汞吸附剂为不定型颗粒状，所述脱汞吸附剂的粒度为3mm～8mm，比表面积为200
㎡
/g～600
㎡
/g，载硫率为3％～15％，汞容≥1mg/g。本发明的低成本小颗粒活性焦制备脱汞吸附剂的产品，载硫率高，具有较高的烟气脱汞能力；粒度适中，适合于后续再生操作，达到重复利用的目的。
66.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
67.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。