[發明專利]一種利用凹凸棒石降低燃燒源顆粒物的方法

在審

• 申請號: 201710068190.4
• 申請日: 2017-02-08
• 公開（公告）號: CN106929121A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 劉小偉;徐義書;孫偉;張宇;徐明厚
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C10L9/10
• 分類號: C10L9/10;C10L1/12;C10L3/10;C10L10/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 周磊

技術領域

本發明屬于燃燒煙氣凈化處理技術領域，更具體地，涉及一種利用凹凸棒石降低燃燒源顆粒物的方法。

背景技術

化石燃料(煤、石油、天然氣)是當今社會的主要能源，然而化石燃料燃燒會產生大量的顆粒物，這是造成惡劣霧霾天氣發生的重要因素。細顆粒物PM_2.5和重金屬是大氣顆粒物的重要組成部分，由于粒徑小，容易突破呼吸道的過濾作用，深入人體內部，對人及動物體的呼吸系統、心血管系統及神經系統等產生各種損害。鑒于此，實現燃燒過程中細顆粒和重金屬的減排是減輕我國大氣顆粒物污染的重要技術路徑。

實現燃燒源細顆粒物和超細顆粒物的減排有兩種技術策略。一種技術策略為生成后控制，即通過各種除塵設備對脫出已經生成的顆粒物，而不考慮顆粒物的生成過程；另一種技術策略為生成過程中控制，即通過技術方法對顆粒物的生成過程進行調控，通過對過程條件進行控制減少顆粒物的生成量。兩種技術各有優缺點，既可以獨立使用，又可以綜合使用兩種技術方法獲得更高的顆粒物脫出效率。

現行工業鍋爐、電站鍋爐等燃燒設備應用的除塵技術以電除塵、布袋除塵技術為主，總體除塵效率達到98％以上。但靜電除塵技術對0.1～1μm粒徑段顆粒物存在“穿透”窗口，不能有效捕集產生的該粒徑段的細顆粒物及超細顆粒物。若單純通過增加電場或提升運行參數等手段來提高該粒徑段的脫出效率，以滿足日益嚴格的灰塵排放濃度要求，則經濟性較低。而布袋除塵技術應用成本偏高，使用壽命短。因此，研究者基于顆粒物的生成過程提出了通過向燃燒室添加吸附劑的燃燒中顆粒物減排技術，用以補充、增強或替代現有除塵技術。

簡而言之，燃料燃燒過程中顆粒溫度升高，部分煤中攜帶的礦物隨即發生氣化或先通過各種反應形成中間產物然后再氣化形成Na、S、Si等礦物蒸氣。氣化形成的礦物蒸氣在降溫過程中，一部分通過均相凝結成核，形成超細顆粒物，一部分在已有顆粒表面發生異相凝結，使顆粒逐漸長大。通過向燃燒過程添加吸附劑吸附固定礦物質蒸汽，達到減少吸附顆粒物和氣態重金屬生成的目的。美國猶他大學Wendt等(2000)研究指出高嶺土可以捕獲燃燒過程中形成的堿金屬及重金屬蒸氣，減少該類物質向細顆粒物的遷移。日本中部大學的Ninomiya等(2009)研究開發了一種Mg基吸附劑，并在試驗中表現出良好的作用效果。Chen等(2011)、Si等(2014)經研究指出，通過向燃燒過程添加Ca基、Si基吸附劑可以捕獲燃燒形成的Na等堿金屬蒸氣，達到減少顆粒物生成量的目的。趙長遂等(2010)研究和報道了使用Fe基吸附劑控制控制燃煤顆粒物的方法。屈成銳等(2006)研究報道了使用Mn基和Ba基吸附劑控制燃煤超細顆粒物的方法。尹無忌(2013)也報道了一種蒙脫石-硅溶膠改性膨潤土制備PM_2.5捕集劑的制備及使用方法。然而，目前已研發的燃煤吸附劑種類仍十分有限，存在作用效率低、吸附劑利用率低、價格昂貴、副產物有毒難以處理等缺點，不能充分滿足使用要求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種利用凹凸棒石降低燃燒源顆粒物的方法，通過向煤/油燃燒室中添加以凹凸棒石為主要活性成分的吸附劑可有效控制燃料燃燒產生的細顆粒物和重金屬的排放，減輕PM2.5和重金屬污染。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種利用凹凸棒石降低燃燒源顆粒物的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將凹凸棒石與鈣鹽混合形成混合物，并且混合物中，按摩爾比Ca/Al＝0.15：1～0.35：1；

(2)將上述混合物在分散劑中潤洗和攪拌混合，再在100℃～150℃溫度下脫水干燥，然后研磨制成平均粒徑小于45μm的顆粒，則形成吸附劑粉末；

(3)將步驟(2)獲得的吸附劑粉末與燃料混合并且讓兩者在燃燒室內燃燒，其中吸附劑粉末與燃料的質量比為1：1000～1：10，則吸附劑粉末與燃燒源顆粒物反應，從而減少燃燒源顆粒物的生成；

(4)反應后的一部分吸附劑粉末隨煙氣排出燃燒室后經過除塵器分離和捕集。

優選地，所述凹凸棒石為天然凹凸棒石，或者，所述凹凸棒石為經酸、堿、煅燒或插層改性處理后的凹凸棒石。

優選地，所述吸附劑粉末在進入燃燒室前與燃料混合，或者單獨噴射進入燃燒室，在燃燒室內與燃料混合。

優選地，所述鈣鹽為碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣、乙酸鈣、甲酸鈣、丙酸鈣、酒石酸鈣中的一種或多種。

優選地，所述分散劑為水或乙醇，以實現凹凸棒石與鈣鹽的充分混合及疏通凹凸棒石與鈣鹽內部通道并實現表面活化。