一種基于改性高嶺土的燃煤超細顆粒物控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃煤污染物控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于改性高嶺土的燃煤超細顆粒物控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著我國新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，煤作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展最主要的能源，其比例雖然有些下降，但是基于我國多煤、貧油、少氣的能源結(jié)構(gòu)，煤炭將在未來很長一段時間內(nèi)依然是我國最主要的能源。煤在使用中主要是以燃煤發(fā)電為主，而煤在燃燒過程中會產(chǎn)生許多的污染物，像SOx、NOx, CO2以及顆粒物等，對環(huán)境和人體造成極大的損害，產(chǎn)生溫室效應(yīng)、形成酸雨損壞建筑物和農(nóng)作物、污染大氣影響環(huán)境以及人體健康等。燃煤產(chǎn)生的顆粒物，尤其是細顆粒物是大氣污染物的重要組成部分，大氣中富集大量的顆粒物會產(chǎn)生霧霾現(xiàn)象，而近年來各個城市的霧霾越顯嚴重，已經(jīng)嚴重影響了人們的日常生活和身體健康，因此人們將越來越重視顆粒物所產(chǎn)生的不良影響，同時也在不斷的尋求顆粒物產(chǎn)生源頭及抑制方法。
[0003]大氣顆粒物簡稱PM (Particulate Matter)，根據(jù)顆粒物的空氣動力學直徑范圍，可定義不同的顆粒物簡稱。PM2.5:指空氣動力學直徑小于或等于2.5 μπι的大氣顆粒物，這類顆粒物可以通過血液系統(tǒng)進入人體肺泡，又叫做細顆粒物。細顆粒物，由于其粒徑小、比表面積大，因此易富集有機污染物和多種痕量重金屬元素，如鉛、鎘、鎳、錳、釩、溴、鋅和PAHs等，會對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等造成極大的危害。
[0004]目前的研宄表明，燃煤超細顆粒物主要由氣化凝結(jié)、礦物直接轉(zhuǎn)化、煤焦破碎以及異相凝結(jié)等作用產(chǎn)生，通過吸附劑表面反應(yīng)以及熔融的機理，能夠阻止超細模態(tài)顆粒形成或使得超細顆粒物(空氣動力學直徑小于或等于0.5 μ m的顆粒物)朝著細顆粒物轉(zhuǎn)變，從而有效的控制超細顆粒物的排放。因此通過爐內(nèi)噴入添加劑是一種有效的減少燃燒中細顆粒物生成的方法，而高嶺土則被認為是一種非常好的燃煤顆粒物吸附劑。高嶺土主要成分為硅鋁氧化物以及結(jié)合水，高嶺土在煤粉燃燒產(chǎn)生的高溫條件下，能夠吸附堿金屬Na、K的氫氧化物、硫酸鹽以及氯化物等化合物蒸氣，反應(yīng)生成硅鋁酸鹽，因此，高嶺土減少PM2.5生成是通過吸附Na、K，進而抑制超細模態(tài)顆粒物生成來實現(xiàn)的。
[0005]已有專利《燃煤超細顆粒物的脫除方法》(Z1201010109820.6)中將Mg基脫除劑與煤粉混燒，燃煤產(chǎn)生的超細顆粒物被吸附劑吸附脫除，從而有效的減少了燃煤超細顆粒物的排放；《燃煤超細顆粒物的排放控制方法》(Z1201110420438.1)、《燃煤超細顆粒物的排放控制方法》(z 1201010201835.5)、《一種燃煤超細顆粒物的排放控制方法》(Z1201210405695.2)中分別將 Ba 基脫除劑(BaO、Ba (OH) 2、BaCO3或 Ba (HC0 3) 2)、Fe 基脫除劑 $60、？6203、？6(0!1)2或？6(0!1) 3)、Mn 基脫除劑(MnO2、Mn3O4、Mn (OH) 2或 MnCO 3)以及其混合物與煤粉進行均勻混合，送入爐膛燃燒，燃煤所產(chǎn)生的細顆粒物被脫除劑捕獲變成較大粒徑顆粒，隨后被尾部除塵器脫除，該方法可有效地減少堿金屬鈉和鉀排放，減少堿金屬對鍋爐的高溫腐蝕，在脫除PM2.5的同時還可以脫除煙氣中的有害重金屬元素；《一種富氧燃燒下脫除污染物的方法》(Z1200910273086.4)中提出利用高嶺土作為吸附劑，在02/0)2燃燒下通過化學反應(yīng)和物理吸附，將亞微米顆粒(PMl)、重金屬和堿金屬等多種污染物進行聯(lián)合脫除，進而減少細顆粒物的排放。然而高嶺土作為一種燃煤超細顆粒物吸附劑，其對顆粒物的脫除效果有待進一步的提高。
[0006]高嶺土的化學式為Al2O3.2Si02.2H20，主要化學成分是Al2O3和S1 2，其晶體結(jié)構(gòu)為1:1型的二八面體層狀結(jié)構(gòu)，由Si?O四面體和Al?(0，0H)假八面體層通過共同的氧原子連接皇成。在高嶺石的實際結(jié)構(gòu)中，Si?O四面體片四面必須經(jīng)過輕微的相對轉(zhuǎn)動和翹曲才能與“變形”的“氫氧鋁石”片相匹配。高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)中，層間距較小，層間結(jié)合力較弱，并且存在不飽和填充扭曲。由于高嶺土的結(jié)構(gòu)存在以上缺點，其對超細顆粒物的吸附率不是很高。
[0007]隨著環(huán)境問題越顯突出，顆粒物的排放所產(chǎn)生的危害越來越大，針對現(xiàn)有燃煤產(chǎn)生的細顆粒物高排放的問題，急需尋求更高效實用的燃煤超細顆粒物吸附劑。從目前的研宄表明高嶺土能夠更有效的減排燃煤超細顆粒物，其對燃煤超細顆粒物的吸附率約為31 %，吸附率并不高，超細顆粒物排出后對環(huán)境污染比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于改性高嶺土的燃煤超細顆粒物控制方法，通過添加吸附劑脫除超細顆粒物，能夠明顯提高改性高嶺土對超細顆粒物的吸附率，有效的減少超細顆粒物的排放。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于改性高嶺土的燃煤超細顆粒物控制方法，包括以下步驟:
[0010]I)制備改性高嶺土粉末添加劑，所述改性高嶺土粉末添加劑為酸改性高嶺土粉末、錳酸鹽改性高嶺土粉末和硫酸鹽改性高嶺土粉末中的一種或多種；
[0011]2)將改性高嶺土粉末添加劑與煤粉按質(zhì)量比為3:100?5:100的比例送入磨煤機中進行混合；
[0012]3)將混有改性高嶺土粉末添加劑的煤粉送入爐膛燃燒，通過改性高嶺土添加劑捕獲煤粉燃燒產(chǎn)生的超細顆粒物，改性高嶺土粉末添加劑與超細顆粒物結(jié)合形成的顆粒通過煙道后被除塵裝置捕獲。
[0013]優(yōu)選地，所述改性高嶺土粉末添加劑包括酸改性高嶺土粉末，所述酸改性高嶺土粉末為鹽酸改性高嶺土粉末，鹽酸改性高嶺土粉末的制備過程如下:
[0014]I)將高嶺土在800?1000°C條件下煅燒2?4h ;
[0015]2)按照每7?1mL鹽酸溶液投放Ig高嶺土的投放比，將煅燒后的高嶺土加入3?5mol/L的鹽酸溶液中，在溫度為80?100°C的恒溫水浴條件下反應(yīng)2?4h后進行離心分離，經(jīng)過多次離心洗滌分離去除氯離子，得到鹽酸改性高嶺土 ；
[0016]3)將鹽酸改性高嶺土在80?120°C下烘干；
[0017]4)烘干的鹽酸改性高嶺土經(jīng)粉碎、碾磨后用100?300目的篩網(wǎng)篩選，收集通過篩網(wǎng)的粉末，得到鹽酸改性高嶺土粉末。
[0018]優(yōu)選地，所述改性高嶺土粉末添加劑包括錳酸鹽改性高嶺土粉末，所述錳酸鹽改性高嶺土粉末為錳酸鉀改性高嶺土粉末，錳酸鉀改性高嶺土粉末的制備方法如下:
[0019]I)將高嶺土在600?700°C條件下煅燒2?3h ;
[0020]2)按照每20?30mL的錳酸鉀溶液投放Ig高嶺土的投放比，將煅燒后的高嶺土加入2?3mol/L的錳酸鉀溶液中，在反應(yīng)溫度為70?90°C的恒溫水浴條件下反應(yīng)6?8h后進行離心分離，經(jīng)過多次離心洗滌分離去除鉀離子，得到錳酸鉀改性高嶺土；
[0021]3)將錳酸鉀改性高嶺土在80?120°C下烘干；
[0022]4)烘干的錳酸鉀改性高嶺土經(jīng)粉碎、碾磨后用100?300目的篩網(wǎng)篩選，收集通過篩網(wǎng)的粉末，得到錳酸鉀改性高嶺土粉末。
[0023]優(yōu)選地，所述改性高嶺土粉末添加劑包括硫酸鹽改性高嶺土粉末，所述硫酸鹽改性高嶺土粉末為硫酸鋁改性高嶺土粉末，硫酸鋁改性高嶺土粉末的制備方法如下:
[0024]I)制備混合添加物，所述混合添加物按照重量份數(shù)比包括:高嶺土 6?8份、硫酸鋁I?2份、活性炭0.1?0.5份；
[0025]2)向混合添加物中加入蒸餾水并攪拌均勻，使混合添加物成糊狀；
[0026]3)將糊狀的混合添加物靜置30?40min后，置于90?100°C的恒溫烘箱內(nèi)保溫I ?2h ;
[0027]4)將保溫后的混合添加物在200?300 °C溫度下焙燒I?2h ;
[0028]5)焙燒后的混合添加物經(jīng)粉碎、碾磨后用100?300目的篩網(wǎng)篩選，收集通過篩網(wǎng)的粉末，得到錳酸鉀改性高嶺土粉末。
[0029]優(yōu)選地，所述改性高嶺土粉末添加劑還包括錳酸鉀改性高嶺土粉末，改性高嶺土粉末添加劑按照重量份數(shù)比包括3?5份鹽酸改性高嶺土粉末、2?4份錳酸鉀改性高嶺土粉末；錳酸鉀改性高嶺土粉末的制備方法如下:
[0030]I)將高嶺土在600?700°C條件下煅燒2?3h ;
[0031]2)按照每20?30mL的錳酸鉀溶液投放Ig高嶺土的投放比，將煅燒后的高嶺土加入2?3mol/L的錳酸鉀溶液中，在反應(yīng)溫度為70?90°C的恒溫水浴條件下反應(yīng)6?8h后進行離心分離，經(jīng)過多次離心洗滌分離去除鉀離子，得到錳酸鉀改性高嶺土；
[0032]3)將錳酸鉀改性高嶺土在80?120 °C下烘干；
[0033]4)烘干的錳酸鉀改性高嶺土經(jīng)粉碎、碾磨后經(jīng)粉碎、碾磨后用100?300目的篩網(wǎng)篩選，收集通過篩網(wǎng)的粉末，得到錳酸鉀改性高嶺土粉末。
[0034]優(yōu)選地，所述改性高嶺土粉末添加劑還包括硫酸鋁改性高嶺土粉末，改性高嶺土粉末添加劑按照重量份數(shù)比包括:3?5份鹽酸改性高嶺土粉末、2?4份硫酸鋁改性高嶺土粉末；硫酸鋁改性高嶺土粉末的制備方法如下:
[0035]I)制備混合添加物，所述混合添加物按照重量份數(shù)比包括:高嶺土 6?8份、硫酸鋁I?2份、活性炭0.1?0.5份；
[0036]2)向混合添加物中加入蒸餾水并攪拌均勻，使混合添加物成糊狀；
[0037]3)糊狀的混合添加物靜置30?40min后，置于90?100°C的恒溫烘箱保溫I?2h ；
[0038]4)將烘干后的混合添加物在200?300 °C溫度下焙燒I?2h ;
[0039]5)焙燒后的混合添加物經(jīng)粉碎、碾磨后用100?300目的篩網(wǎng)篩選，收集通過篩網(wǎng)的粉末，得到錳酸鉀改性高嶺土粉末。
[0040]優(yōu)選地，所述改性高嶺土粉末添加劑還包括錳酸鉀改性高嶺土粉末和硫酸鋁改性高嶺