CN105859064B - 一种利用污泥制备脱硝剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脱硝剂的制备领域，特别涉及一种利用污泥制备脱硝剂的方法，包括：将污泥在氮气氛围下500～1000℃热解反应30～120分钟，得到污泥热解残渣；将硝酸铁负载于污泥热解残渣中，得到的污泥热解残渣中铁的质量百分比为1～10％，然后干燥至恒重；将干燥后的污泥热解残渣在惰性气氛下高温煅烧，然后通入氢气进行还原，得到脱硝剂。本发明利用污泥制取脱硝剂，可以达到“以废治废“的目的，而且工艺简单、反应温度低、运行成本低、无二次污染、氮氧化物的脱除率高。

Description

一种利用污泥制备脱硝剂的方法
技术领域
本发明属于脱硝剂的制备领域，特别涉及一种利用污泥制备脱硝剂的方法。
背景技术
氮氧化物NOx是锅炉燃料燃烧、汽车尾气排放或工业生产过程中排放有毒有害气体，如处理不当将对人体健康和生态环境造成巨大危害。有效控制NOx排放是当前环境保护的重要课题。目前已经被广泛采用且比较成熟的脱硝技术主要可分为两类：燃烧中的NOx控制技术和燃烧后的烟气脱硝技术。燃烧中的控制主要是借助先进的燃烧器，通过优化炉内气流组织，或通过燃料和空气的分级燃烧实现NOx排放的控制。该技术安装和运行成本相对低廉，但脱硝效率只能达到30～40％。因此，单独采用燃烧中控制往往无法达标，需要联合烟气脱硝技术。国内外应用较为广泛的烟气脱硝技术是选择性催化还原(SelectiveCatalytic Reduction,SCR)技术。SCR技术相对比较成熟，脱硝效率高(可达90％以上)，但同时也有投资巨大、运行成本高、催化剂价格昂贵且易中毒等不利因素。因此，为弥补当前的不足，迫切需要开发一种更加有效且成本低廉的烟气脱硝技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用污泥制备脱硝剂的方法，该方法得到的脱硝剂脱硝效率高、脱硝温度低且无二次污染。
本发明的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，包括：
(1)将污泥放入热解炉中，在氮气氛围下500～1000℃热解反应30～120分钟，热解固态产物—污泥热解残渣；
(2)将硝酸铁负载于步骤(1)中的污泥热解残渣中，得到的污泥热解残渣中铁的质量百分比为1～10％，将浸渍硝酸铁后的污泥热解残渣置于烘箱中110℃干燥至恒重；
(3)将步骤(2)中干燥后的污泥热解残渣于放入电热炉中，500～800℃的惰性气氛下煅烧30～120分钟，煅烧完成后，向电热炉中通入氢气进行还原，得到脱硝剂；其中，还原的温度为600～800℃，时间为30～120分钟。
所述步骤(1)中污泥来源于污水处理厂排放的机械脱水污泥。
所述步骤(2)中硝酸铁负载于污泥热解残渣中采用等体积浸渍法。
所述等体积浸渍法为：称取一定质量的污泥热解残渣放入烧杯中，根据铁的负载量配置一定体积的硝酸铁溶液，将硝酸铁溶液缓慢移入盛有污泥热解残渣的烧杯中，使得硝酸铁溶液刚好淹没污泥热解残渣。将烧杯置于60℃的加热板上，一边加热一边搅拌，直至液体蒸发完毕。
所述步骤(3)中氢气的体积浓度为2～10％。
所述步骤(3)中脱硝剂应用于低温烟气催化脱硝。
所述低温烟气催化脱硝的方法包括：将脱硝剂填充在通道式固定床反应器中，脱硝剂填充层的温度加热至100～500℃，烟气通过脱硝剂填充层时，脱硝剂和烟气之间产生异相催化反应，使得烟气中的氮氧化物被还原为氮气。
所述脱硝剂填充层的加热方式为电加热、微波加热或者利用烟气自身余热。
当脱硝剂脱除氮氧化物的能力趋于饱和后，可对脱硝剂进行再生处理以恢复脱硝活性，再生处理方法为：1)向脱硝剂填充层通入体积浓度为2～10％的氢气；2)将脱硝剂填充层加热至600～800℃，加热的方式为间接电加热、微波辐射加热或者高温气流间接加热，加热时间为30～60分钟；3)以上再生步骤完成后，脱硝剂即可继续投入使用。
有益效果
本发明利用污水处理厂排放的机械脱水污泥制取脱硝剂，可以达到“以废治废”的目的，而且脱硝剂制取工艺、催化脱硝反应工艺和脱硝剂再生工艺都比较简单，反应温度低，运行成本低，没有二次污染，氮氧化物的脱除率高。
附图说明
图1为实施例1～3中脱硝剂1、脱硝剂2和脱硝剂3在不同温度下的脱硝效率图。
具体实施方式
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1
制备脱硝剂：1)取200g机械脱水污泥放入管式电热炉中，向电热炉中通入1L/min的纯氮气；2)污泥在800℃下高温热解1小时；3)将污泥热解残渣块放入破碎机中破碎至粒径1～2mm的颗粒状；4)称取0.135g硝酸铁粉末溶于水配制成硝酸铁溶液；5)将10g污泥热解残渣颗粒和硝酸铁溶液混合，在60℃下加热搅拌直至液体蒸发完毕；6)将蒸发后的固体颗粒置于110℃干燥箱中烘干至恒重；7)烘干后的固体颗粒在500℃的氮气气氛中煅烧2小时；8)煅烧后的固体颗粒在800℃的氢气气氛中加热还原1小时，还原完成后所得固体颗粒即为脱硝剂1，经测量脱硝剂1中的含铁量为3％。
烟气脱硝反应：称取1.5g脱硝剂1，放入管式电热炉中，通入800ppm的一氧化氮气体，气体流量为1L/min，空速为25000h-1，管式电炉以5℃/min的升温速率程序升温至500℃，脱硝剂1在不同温度下的脱硝效率见图1。
结论：随着温度升高，脱硝剂1的脱硝效率有两个峰值，在322℃和480℃时的脱硝效率分别达到66％和88.5％。
实施例2
制备脱硝剂：1)取200g机械脱水污泥放入管式电热炉中，向电热炉中通入1L/min的纯氮气；2)污泥在800℃下高温热解1小时；3)将污泥热解残渣块放入破碎机中破碎至粒径1～2mm的颗粒状；4)称取0.18g硝酸铁粉末溶于水配制成硝酸铁溶液；5)将10g污泥热解残渣颗粒和硝酸铁溶液混合，在60℃下加热搅拌直至液体蒸发完毕；6)将蒸发后的固体颗粒置于110℃干燥箱中烘干至恒重；7)烘干后的固体颗粒在500℃的氮气气氛中煅烧2小时；8)煅烧后的固体颗粒在800℃的氢气气氛中加热还原1小时，还原完成后所得固体颗粒即为脱硝剂2，经测量脱硝剂2中的含铁量为4％。
烟气脱硝反应工况和实施例1相同，脱硝剂2在不同温度下的脱硝效率见图1。
结论：随着温度升高，脱硝剂2的脱硝效率有两个峰值，在229℃和485℃时的脱硝效率分别达到74％和96％。
实施例3
制备脱硝剂：1)取200g机械脱水污泥放入管式电热炉中，向电热炉中通入1L/min的纯氮气；2)污泥在800℃下高温热解1小时；3)将污泥热解残渣块放入破碎机中破碎至粒径1～2mm的颗粒状；4)称取0.45g硝酸铁粉末溶于水配制成硝酸铁溶液；5)将10g污泥热解残渣颗粒和硝酸铁溶液混合，在60℃下加热搅拌直至液体蒸发完毕；6)将蒸发后的固体颗粒置于110℃干燥箱中烘干至恒重；7)烘干后的固体颗粒在500℃的氮气气氛中煅烧2小时；8)煅烧后的固体颗粒在800℃的氢气气氛中加热还原1小时，还原完成后所得固体颗粒即为脱硝剂3，经测量脱硝剂3中的含铁量为10％。
烟气脱硝反应工况和实施例1、实施例2相同，脱硝剂3在不同温度下的脱硝效率见图1。
结论：脱硝剂3的脱硝效率随着温度升高而升高，188℃时的脱硝效率为50％，289℃时的脱硝效率为80％。

Claims (8)

1.一种利用污泥制备脱硝剂的方法，包括：
(1)将污泥在氮气氛围下500～1000℃热解反应30～120分钟，得到污泥热解残渣；
(2)将硝酸铁负载于步骤(1)中的污泥热解残渣中，得到的污泥热解残渣中铁的质量百分比为1～10％，然后干燥至恒重；
(3)将步骤(2)中干燥后的污泥热解残渣于500～800℃的惰性气氛下煅烧30～120分钟，然后通入氢气进行还原，得到脱硝剂；其中，还原的温度为600～800℃，时间为30～120分钟。
2.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述步骤(1)中污泥来源于污水处理厂排放的机械脱水污泥。
3.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述步骤(2)中硝酸铁负载于污泥热解残渣中采用等体积浸渍法。
4.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述步骤(3)中氢气的体积浓度为2～10％。
5.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱硝剂应用于低温烟气催化脱硝。
6.根据权利要求5所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述低温烟气催化脱硝的方法包括：将脱硝剂填充在通道式固定床反应器中，脱硝剂填充层的温度加热至100～500℃，通入烟气，烟气中氮氧化物被还原为氮气。
7.根据权利要求6所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述脱硝剂填充层的加热方式为电加热、微波加热或者利用烟气自身余热。
8.根据权利要求6所述的一种利用污泥制备脱硝剂的方法，其特征在于，所述脱硝剂的再生处理方法包括：向脱硝剂填充层通入体积浓度为2～10％的氢气；加热至600～800℃维持30～60分钟。
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