[发明专利]一种用于烟气脱硫的页岩灰脱硫剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于烟气脱硫的页岩灰脱硫剂及其制备方法，属于烟气脱硫技术领域。

背景技术

当前，随着我国工业的不断发展，能源消耗量巨大，能源供给以煤炭、石油等化石燃料为主，预计未来很长一段时间，仍将以煤炭为主要能源构成。但是，化石燃料的燃烧产生大量的SO₂、NO和NO₂等污染物，污染环境的同时会给人类生产生活带来危害，因此，烟气脱硫技术受到各界的广泛关注。目前，烟气脱硫技术可分为湿法和干法两种，湿法脱硫主要利用碱性物质如石灰石和SO₂反应生成硫酸钙或者亚硫酸钙进行SO₂脱除，该方法具有反应速率快、脱硫效率高等优点，但是存在投资费用高、腐蚀严重及二次污染等问题；干法脱硫技术主要利用脱硫剂的物理或者化学吸附将SO₂脱除，脱硫剂可进行再生循环使用并有副产物硫酸，干法脱硫具有运行成本低、设备腐蚀较轻及脱硫后产物易处理等优点受到人们的广泛关注。

干法脱硫剂有分子筛、金属氧化物(如铁基、锌基、锰基等金属氧化物)、活性炭等。作为脱硫剂，分子筛易再生，可同时脱除SO₂、H₂S及有机硫化物；但分子筛硫容低，对水汽敏感，水蒸气的存在会显著降低分子筛的脱硫活性。氧化锌和氧化铁是工业上常用的金属氧化物脱硫剂，氧化锌脱硫温度一般在200-450℃，具有脱硫效率高、硫容大的优势，但不能再生；相比之下，氧化铁为常温脱硫剂，脱硫条件温和，易再生，但其硫容不高；活性炭脱硫剂也能同时脱除SO₂、H₂S及有机硫化物，但仍存在脱硫效率低、硫容低的应用局限性。

页岩灰是油页岩干馏后的产物，属于含有少量残碳的类似火山灰的原料，主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等，其中SiO₂、Al₂O₃的含量较高，其通常作为工业废料被舍弃，一方面占用耕地面积，另一方面对周围环境造成污染。研究表明，页岩灰含有大量的酸性、碱性和两性氧化物，内部孔隙结构发达，具有很好的吸附和催化性能，可以用来制备脱硫剂。页岩灰脱硫剂的制备实现“以废治废”的模式，不但降低成本，节约原料，而且脱硫能力强，可作为油页岩综合利用的有效途径。目前文献还未见以页岩灰为载体制备脱硫剂并用于烟气脱硫领域的报道。

发明内容

为了解决现有脱硫剂存在的原料单一、制备成本高、硫容较低等问题，提供了一种原料低廉易获取、脱硫效率高、硫容大的页岩灰脱硫剂及其制备方法。本发明提供的脱硫剂具有成本低廉、脱硫性能好、能够实现资源再利用的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于烟气脱硫的页岩灰脱硫剂，以KMnO₄处理的页岩灰为载体，以1-11wt％的Fe和Ce作为活性组分，活性组分采用浸渍法负载在页岩灰上，负载过程使用超声波处理。

所述的页岩灰为油页岩干馏后的灰渣，KMnO₄处理的页岩灰是指将页岩灰采用浸渍法经KMnO₄处理12h，KMnO₄溶液浓度为0.4mol/L。

所述的活性组分负载过程使用50kHz、100W的超声波处理，处理时间为0.5-2h。

本发明还提供了一种页岩灰脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，选取一定质量的页岩灰破碎、过筛，选取粒径20-40目的页岩灰(SA)作为脱硫剂载体，用去离子水清洗后，在110℃下干燥12h；

步骤二，将步骤一所述页岩灰用0.4mol/L的KMnO₄溶液浸渍12h，水浴加热70℃，浸渍过程需持续搅拌，形成悬浮液；

步骤三，将步骤二所述悬浮液先过滤，再用去离子水清洗数遍，直至清洗后的溶液呈中性，而后在110℃下干燥12h；

步骤四，将步骤三所述页岩灰在800℃条件下高温焙烧2h，自然冷却，冷却后的页岩灰标记为NSA；

步骤五，根据Fe和Ce的负载量，计算所需要的硝酸铁和硝酸铈质量，配制特定浓度的硝酸铁和硝酸铈溶液，并将二者混合形成混合溶液；