CN106000076A - 一种脱硝用氯化铁固体颗粒及其制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种脱硝用氯化铁固体颗粒及其制备方法，属于大气污染控制和相关环境保护技术领域，其特征是由气态氯化铁经快速冷却后得到的氯化铁固体颗粒，所述的氯化铁固体颗粒的制备方法是把氯化铁固体原料导入气化炉，在氮气等惰性气体保护氛围中加热到一定温度，使氯化铁气化变成气态氯化铁，然后快速冷却，使气态氯化铁转化为氯化铁固体颗粒，具有颗粒粒径小，反应活性高，反应速度快等特点，能够快速与气流中的氮氧化物发生气固吸附化学反应，具有操作简单、处理效率高、处理量大特点，适合推广使用。

Description

一种脱硝用氯化铁固体颗粒及其制备方法及装置
技术领域
本发明涉及一种脱硝用氯化铁固体颗粒及其制备方法及装置，属于大气污染控制和相关环境保护技术领域。
背景技术
人类活动产生的氮氧化物(NOx)主要包括NO和NO2，其中由燃料燃烧产生的占90％以上，其次是硝酸生产、化工制药的硝化反应、金属表面和半导体处理等工业过程。NOx对人有致毒作用，大量的氮氧化物排放还是引起大气光化学雾和酸雨的主要原因之一。中国环境状况公报统计数据表明我国城市酸雨中氮氧化物的贡献在不断增加，一些地方的酸雨污染性质已开始由硫酸型向硝酸根离子不断增加的复合型转化(国家环保部：2010年中国环境状况公报)。近年来，国家新制定了一些新法律、法规，对氮氧化物特别是火电等燃烧过程排放的氮氧化物作出了更加严格的控制和减排规定。
一般地，火力发电厂等以化石燃料燃烧产生的烟气中的氮氧化物浓度约为几百到几千ppm，其中90％以上是一氧化氮。目前选择性催化转化法(SCR)是目前治理烟气NOx的主要手段之一，但催化剂对运行条件要求严格，需要氨作为还原剂，气流中含有硫化物和粉尘等对催化剂的寿命影响很大，特别是对以煤为燃料的火电厂的运行费用很高；湿法是采用各种液体对NOx进行吸收，是低温排放源处理的主要方法，主要有氧化吸收法和还原吸收法两种，其中，氧化法是采用臭氧、过氧化氢和次氯酸钠等作为氧化吸收剂，进行吸收处理；还原法是采用亚硫酸钠、硫化钠和尿素等作为还原剂，进行吸收处理。但对含一氧化氮较多氮氧化物，由于一氧化氮在溶液中的溶解度很小，吸收效率较低，且药剂较贵，运行使用费用高。因此，研究开发提高新型烟气氮氧化物的净化技术，是该技术工业应用中急需解决的问题。
本发明的目的是提供一种脱硝用氯化铁固体颗粒及其制备方法及装置，用于从气流中去除氮氧化物。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题是提供一种脱硝用氯化铁固体颗粒，用于从气流中去除氮氧化物，具有活性高，反应快的特点，从而达到气体净化的目的。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述脱硝用氯化铁固体颗粒的制备方法及装置，具有操作费用低廉、处理效率高、处理量大的特点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种脱硝用氯化铁固体颗粒，其特征是由气态氯化铁经快速冷却后得到的氯化铁固体颗粒。
一种所述的氯化铁固体颗粒的制备方法，其特征是把氯化铁固体原料导入气化炉，在氮气等惰性气体保护氛围中加热到一定温度，使氯化铁气化升华变成气态氯化铁，然后快速冷却，使气态氯化铁转化为氯化铁固体颗粒，然后导入气-固反应塔，在气-固反应塔内，气流中的氮氧化物与所述的氯化铁固体颗粒发生气固吸附化学反应而被吸收，生成固体产物，从而达到气体净化目的。有关氯化铁与氮氧化物在气-固反应塔的吸收反应，可参看本发明申请人的另一个相关发明专利申请。
本发明所述的惰性气体一般为氮气、氩气或二氧化碳等不与氯化铁反应的气体，气化炉内压力为常压或负压，常压下加热温度范围一般大于130℃，优选温度范围为150℃-350℃，加热温度高，气化速率快。负压下加热温度可低些，最低为90℃，具体可查氯化铁的升华热力学数据。实际操作过程，加热温度和速度可根据实际氯化铁的需要量调节和控制，加热温度高，气态氯化铁产量就大，加热可采用电炉加热、导热介质加热、电磁加热和微波加热等多种手段，效果大体相当。所述的冷却可采用盘管间接冷却和/或惰性气体载气直接接触冷却等方式，冷却后气流温度一般小于120℃，优选50℃-90℃，冷却温度可根据气-固反应塔内反应温度设定。加热和冷却相关工业技术成熟。本发明所述的氯化铁固体原料可采用工业级商品氯化铁固体，一般为粉末状。
本发明所述的氯化铁固体颗粒的制备方法，也可以由干法氯化铁等生产工艺得到，如铁屑与氯气反应得到气态氯化铁，氢氧化铁、氧化铁与氯化氢气体反应后得到气态氯化铁，或由氯化亚铁氯化等工艺得到气态氯化铁后冷却制得。
本发明所述的气态氯化铁经冷却后得到的氯化铁固体颗粒与随后的在气-固反应塔内脱硝过程为同一处理工艺的前后工序。
与直接采用商品化的氯化铁粉末作为脱硝反应剂相比，本发明的优点在于：由气态氯化铁经快速冷却后得到的氯化铁固体颗粒，具有颗粒粒径小，粒经最小可达纳米级，反应活性高，反应速度快等特点，能够快速与气流中的氮氧化物发生气固吸附化学反应，使气流中的氮氧化物得到去除，在相同条件下，能有效提高反应效率30％以上，具有投资成本和运行费用低，操作简单、处理效率高、处理量大特点，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例所用一种脱硝用氯化铁固体颗粒的制备方法的装置及从气流中去除氮氧化物的流程示意图。其中：1气化炉；2惰性气体进口；3氯化铁固体原料加入口；4连接管；5载气进口；6冷却器；7氯化铁固体颗粒排出管；8气-固反应塔；9净化后气体出口；10被处理气体进口；11反应后固体颗粒排出口；12气化炉检修口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
一种所述的脱硝用氯化铁固体颗粒的制备方法的装置及从气流中去除氮氧化物的流程示意图如图1所示。所述的装置的气化炉(1)的上部设置有氯化铁固体原料加入口(3)和惰性气体进口(2)，在炉体的上部设置有连接管(4)与冷却器(6)连通，连接管上还设置有载气进口(5)，所述的冷却器(6)通过氯化铁固体颗粒排出管(7)与气-固反应塔(8)连通，所述的气-固反应塔(8)设置有被处理气体进口(10)和净化后气体出口(9)，所述的气-固反应塔下部还设置有反应后固体颗粒排出口(11)，所述的气化炉(1)下部还设置有气化炉检修口(12)。
处理工艺流程是先通过惰性气体进口(2)向气化炉(1)充入氮气或氩气等惰性保护气体，然后通过氯化铁固体原料加入口(3)加入氯化铁固体原料，在气化炉内在氮气等惰性气体保护氛围中加热到一定温度，使氯化铁气化变成气态氯化铁，然后通过连接管(4)，被设置在连接管(4)上载气进口(5)通入的常温或低于常温的氮气等惰性气体带到冷却器(6)内进行快速冷却，使气态氯化铁迅速转化为氯化铁固体颗粒，然后通过氯化铁固体颗粒排出管(7)进入气-固反应塔(8)，在气-固反应塔内(8)，气流中的氮氧化物与氯化铁发生气固吸附化学反应而被吸收，生成固体产物，被处理气流由被处理气体进口(10)进入气-固反应塔塔(8)，净化后的气流从净化后气体出口(9)排出，反应后固体颗粒从反应后固体颗粒排出口(11)，从而达到气体净化目的。
实施例1：一种所述的脱硝用氯化铁固体颗粒的制备方法的装置及从气流中去除氮氧化物的流程示意图如图1所示。气化炉的尺寸为Φ60mm×600mm，气化炉采用管式电炉加热，气化炉内加热温度分别为130℃、150℃、210℃、300℃和350℃，加入的工业级氯化铁固体粉末各500g，平均粒径约为0.5mm，冷却器为管式，直径为Φ40mm，长为1000mm，空气自然冷却，冷却后气体出口温度约为65℃-70℃，气化炉保护气体为氮气，流量约100mL/min，载气也为常温氮气，流量约500mL/min。气-固反应塔塔径为Φ60mm，反应有效接触高度约为1000mm，空塔，塔体材料为316L不锈钢。气流中氮氧化物(一氧化氮约为95％)浓度为500ppm，氧气约8％(体积，以下同)，二氧化碳约10％，水分含量约10％，其余为氮气，流量约2L/min。气-固内反应塔内气体温度约为60℃-65℃，反应塔内接触时间约为3-5s。净化后气体出口NOx浓度分别为283ppm，201ppm，136ppm，79ppm和65ppm。测得的氮氧化物出口浓度为最大持续去除率时数值。
实施例2：气化炉保护气体为氮气流量为0，气化炉处于微负压，气化炉内加热温度分别为90℃和150℃，其他条件同实施例1。实验结果测得净化后气体出口NOx浓度分别为315ppm和220ppm。
实施例3：气化炉内加热温度约为210℃，冷却器采用管外风扇强制冷却，冷却后气体出口温度约为100℃-120℃，其他条件同实施例1。实验结果测得净化后气体出口NOx浓度为156ppm。
应该说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，本发明的保护范围不限于此。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行任何等同替换、修改、变化和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脱硝用氯化铁固体颗粒，其特征是由气态氯化铁经冷却后得到的氯化铁固体颗粒。
2.一种脱硝用氯化铁固体颗粒的制备方法，其特征在于把氯化铁固体原料导入气化炉，在惰性气体保护氛围中加热，使氯化铁气化变成气态氯化铁，然后快速冷却，使气态氯化铁转化为氯化铁固体颗粒后导入气-固反应塔，在气-固反应塔内，气流中的氮氧化物与所述的氯化铁固体颗粒发生气固吸附化学反应，生成固体产物，从而达到气体净化目的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的加热采用电炉加热、导热介质加热、电磁加热或微波加热。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的气化炉加热温度130℃以上。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于所述的气化炉负压下加热温度90℃以上。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的快速冷却采用气体直接接触冷却或介质间接冷却，冷却后气流温度小于120℃。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在所述的惰性气体为氮气或氩气或二氧化碳。
8.根据权利要求1所述的一种脱硝用氯化铁固体颗粒，其特征在于所述的氯化铁固体颗粒由铁屑与氯气反应得到气态氯化铁，或由氯化亚铁氯化得到气态氯化铁后冷却制得，或氢氧化铁、氧化铁与氯化氢气体反应后得到。
9.根据权利要求1或2或6所述的一种脱硝用氯化铁固体颗粒，其特征在于所述的氯化铁固体颗粒与随后的在气-固反应塔内脱硝过程为同一处理工艺的前后工序。
10.根据权利要求2所述的制备方法的装置，其特征在于所述的气化炉的上部设置有氯化铁固体原料加入口和惰性气体进口，在炉体的上部还设置有连接管与冷却器连通，连接管上设置有载气进口，所述的冷却器通过氯化铁固体颗粒排出管与气-固反应塔连通，所述的气-固反应塔设置有被处理气体进口和净化后气体出口，所述的气-固反应塔下部还设置有反应后固体颗粒排出口，所述的气化炉下部还设置有氯化铁气化炉检修口。
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