CN106334423A - 一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称为一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺。属于大气污染控制技术领域。它主要是解决现有工艺存在脱硝效率低和催化剂寿命不高的问题。它的主要特征是：⑴除尘后含氮氧化物烟气和含氨还原剂分别进入脱硝预处理系统，烟气中的SO2与含氨还原剂反应生成硫酸铵盐和亚硫酸氨盐，被脱硝预处理系统截留，截留后的脱硝预处理系统通过再生循环利用；⑵脱硫后的烟气进入脱硝固定床反应塔中，在含氨还原剂和低温脱硝催化剂的作用下反应生成N2，脱除烟气中的氮氧化物，净化气经烟囱排入大气。本发明克服了烟气中二氧化硫对低温脱硝催化剂的不利影响，适用温度为80~220℃，提高了脱硝效率，延长了脱硝催化剂使用寿命，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域。具体涉及一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺。
背景技术
氮氧化物是主要的大气污染物之一，是导致酸雨、光化学烟雾、较高的地面臭氧浓度和温室效应的主要原因之一，严重损害了人类的健康和生存环境。因此，积极研究开发烟气脱硝技术，具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。
目前，常用的烟气脱硝技术是利用氨气选择性催化还原（SCR）技术，该技术是一种脱硝效率高和相对性价比高的技术，在很多发达国家已经推广应用。最常用SCR脱硝装置采用的催化剂是V2O5—WO3/TiO2或V2O5—MoO3/TiO2，脱硝窗口温度为300~400℃，脱硝效率可达到85%。因为该类催化剂窗口温度较高，只能将SCR装置布置于省煤器和空气预热器之间，但此处烟气中存在的大量的飞灰和较高浓度的SO2，容易引起催化剂中毒和减少使用寿命。因此，研究低温脱硝工艺具有重要的意义。
活性炭本身具有较高的化学稳定性和热稳定性，具有独特的空隙结构和表面化学特征，同时还具有催化能力、负载性能和还原性。以活性炭为载体的低温脱硝催化剂制备工艺简单，环境友好，经济成本低。目前活性炭的低温催化剂，在固定源NOx治理中，有较高的应用价值，为本发明的设计提供了很大的支持和依据。
公开号为CN101856587A 的中国发明专利，公布了一种流态化活性炭联合脱硫脱硝工艺，其工艺流程为：在循环流化床反应塔中装填活性炭，在反应塔下部活性炭将SO2吸附，氧化生成H2SO4，在反应塔上部喷入氨气，通过活性炭的催化作用氮氧化物与氨气反应生成氮气。吸附的H2SO4通过催化剂的再生与活性炭分离，再生后的活性炭送入塔内进行循环利用。该工艺虽然能将SO2氧化为H2SO4，但是吸附了硫酸的活性炭进入到反应塔上部时会生成硫酸盐，覆盖于催化剂的表面，导致脱硝效率降低。
公开号为CN102512952 A的中国发明专利，公布了一种基于流化床的烟气联合脱硫脱硝工艺，其工艺流程为：在流化床中装入SCR脱硝催化剂：Mn/Ce~Al2O3/ZrO2/TiO2，氨与二氧化硫在水汽作用下生成亚硫酸铵和亚硫酸氢氨，被SCR脱硝催化剂吸附，脱硫后的烟气通过SCR脱硝催化剂的催化作用氮氧化物与氨气反应生成氮气，催化剂颗粒通过再生和活化后，循环回SCR反应再次利用。该工艺脱硫用的是SCR脱硝催化剂，吸附了亚硫酸铵和亚硫酸氢氨的脱硝催化剂再生频率高，会使催化剂逐渐失活，缩短了催化剂寿命，提高了运行成本。
发明内容
本发明提供了一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，SCR反应的温度为80~220℃，有较高的脱硝效率，同时能抵抗一定浓度的SO2，防止催化剂中毒，提高脱硝效率和催化剂的使用寿命，具有广阔的市场前景。
本发明的技术解决方案是：一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于包括以下步骤：
⑴除尘后含有氮氧化物的烟气和含氨还原剂分别进入脱硝预处理系统，烟气中的SO2与含氨还原剂反应生成硫酸铵盐和亚硫酸氨盐，被脱硝预处理系统截留，截留了硫酸铵盐和亚硫酸氨盐的脱硝预处理系统通过再生循环利用；
⑵脱硫后的烟气进入脱硝固定床反应塔中，在含氨还原剂和低温脱硝催化剂的作用下反应生成N2，脱除烟气中的氮氧化物，净化气经烟囱排入大气。
所述的脱硫后的烟气进入脱硝固定床反应塔中，是在含氨还原剂和低温脱硝催化剂是在80~220℃的温度作用下反应生成N2的。
所述的含氨还原剂为液氨、氨水、碳酸铵和或尿素；其中，液氨为先气化并用稀释风机稀释到5%体积分数的液氨。
所述的脱硝预处理系统为含活性炭、硅酸铝或陶瓷作为填料的脱硝预处理系统。
所述的低温脱硝催化剂为以活性炭为载体，活性炭本身具有较高的化学稳定性和热稳定性，具有独特的空隙结构和表面化学特征，同时还具有催化能力、负载性能和还原性。以Mn、Ce、Fe或Cu中的一种或几种金属氧化物为主催化剂，以金属V、W、Mo、Zr、Co、Ni或Cr中的一种或者几种金属氧化物为金属助剂；主催化剂占低温脱硝催化剂的质量百分比为1-15%，金属助剂占质量百分比为1-10%。
所述低温脱硝催化剂为颗粒状，颗粒粒径大小为0.2mm~6mm。
所述的脱硝预处理系统通过再生循环利用中的再生循环利用是指在常温水洗再生或热水再生后，沥干6~18h，经沥干后循环利用，其中的水为脱盐水或是达到工业锅炉水质要求的水。
所述的低温脱硝催化剂为在常温水洗再生或热水再生后的低温脱硝催化剂。
所述的含有氮氧化物的烟气在脱硝预处理系统的空速为1000~10000h-1，在脱硝固定床反应塔中的空速为1000~10000h-1。
本发明所述的基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其低温脱硝催化剂以活性炭为载体，来源广泛，制备工艺操作简单，能耗低；该工艺在温度为80~220℃时，有较高的脱硝效率，同时能抵抗一定浓度的SO2，防止催化剂中毒，提高脱硝效率和催化剂的使用寿命，容易工程化实施等优点，具有良好的工程应用前景。
具体实施方式
实施例1：
1.烟气脱硝反应
脱硝预处理系统中填充硅酸铝；脱硝固定床反应塔中填充低温脱硝催化剂，其中，以活性炭为载体，主催化剂Ce占5%、V占2%、颗粒粒径为4mm；脱硝预处理系统和脱硝固定床反应塔中温度为80℃；脱硝预处理系统中空速为9000h-1；脱硝固定床反应塔中空速为2000h-1；含浓度为6%的氧气、浓度为100ppm的 SO2和浓度为1000ppm的NO的烟气首先通过脱硝预处理系统，喷氨系统所用物质为液氨，用稀释风机稀释到5%体积分数喷入脱硝预处理系统上部，喷氨量为两类酸性气体理论消耗氨量的总和，然后烟气通过脱硝固定床反应塔。
2.预处理填料和脱硝催化剂再生
用去离子水冲洗脱硝预处理系统中的硅酸铝和低温脱硝催化剂，去除可溶解的沉淀物，然后沥干15h，经沥干后循环利用。
3.系统脱硝效率
系统运行后，脱硝预处理系统的脱硫效率为90%以上，脱硝效率为80%以上。
实施例2：
1.烟气脱硝反应
脱硝预处理系统中填充活性炭；脱硝固定床反应塔中填充低温脱硝催化剂，其中，以活性炭为载体，主催化剂剂Ce占7%、W占2%、颗粒粒径为3mm；脱硝预处理系统和脱硝固定床反应塔中温度为150℃；脱硝预处理系统中空速为5000h-1，脱硝固定床反应塔中空速为5000h-1；含浓度为5%的氧气、浓度为300ppm的 SO2和浓度为1000ppm的NO的烟气首先通过脱硝预处理系统，喷氨系统所用物质为10%的氨水，在脱硝预处理系统上部喷入NH3，喷氨量为两类酸性气体理论消耗氨量的总和，然后烟气通过脱硝固定床反应塔。
2.预处理填料和脱硝催化剂再生
用去离子水冲洗脱硝预处理系统中的活性炭和低温脱硝催化剂，去除可溶解的沉淀物，然后沥干10h，经沥干后循环利用。
3.系统脱硝效率
系统运行后，脱硝预处理系统的脱硫效率为90%以上，脱硝效率为85%以上。
实施例3：
1.烟气脱硝反应
脱硝预处理系统中填充陶瓷；脱硝固定床反应塔中填充低温脱硝催化剂，其中，以活性炭为载体，主催化剂剂Mn占3%、Ce占5%、 V占3%、颗粒粒径为4mm；脱硝预处理系统和脱硝固定床反应塔中温度为180℃；脱硝预处理系统中空速为6000h-1，脱硝固定床反应塔中空速为10000h-1；含浓度为5%的氧气、浓度为200ppm的 SO2和浓度为1000ppm的NO的烟气首先通过脱硝预处理系统，喷氨系统所用物质为15%的碳酸铵溶液，在脱硝预处理系统上部喷入NH3，喷氨量为两类酸性气体理论消耗氨量的总和，然后烟气通过脱硝固定床反应塔。
2.预处理填料和脱硝催化剂再生
用去离子水冲洗脱硝预处理系统中的陶瓷和低温脱硝催化剂，去除可溶解的沉淀物，然后沥干8h，经沥干后循环利用。
3.系统脱硝效率
系统运行后，预处理系统的脱硝脱硫效率为90%以上，脱硝效率为85%以上。

Claims (9)

1.一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于包括以下步骤：
⑴除尘后含有氮氧化物的烟气和含氨还原剂分别进入脱硝预处理系统，烟气中的SO2与含氨还原剂反应生成硫酸铵盐和亚硫酸氨盐，被脱硝预处理系统截留，截留了硫酸铵盐和亚硫酸氨盐的脱硝预处理系统通过再生循环利用；
⑵脱硫后的烟气进入脱硝固定床反应塔中，在含氨还原剂和低温脱硝催化剂的作用下反应生成N2，脱除烟气中的氮氧化物，净化气经烟囱排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的脱硫后的烟气进入脱硝固定床反应塔中，是在含氨还原剂和低温脱硝催化剂是在80~220℃的温度作用下反应生成N2的。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的含氨还原剂为液氨、氨水、碳酸铵和或尿素；其中，液氨为先气化并用稀释风机稀释到5%体积分数的液氨。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的脱硝预处理系统为含活性炭、硅酸铝或陶瓷作为填料的脱硝预处理系统。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的低温脱硝催化剂为以活性炭为载体，活性炭本身具有较高的化学稳定性和热稳定性，具有独特的空隙结构和表面化学特征，同时还具有催化能力、负载性能和还原性，以Mn、Ce、Fe或Cu中的一种或几种金属氧化物为主催化剂，以金属V、W、Mo、Zr、Co、Ni或Cr中的一种或者几种金属氧化物为金属助剂；主催化剂占低温脱硝催化剂的质量百分比为1-15%，金属助剂占质量百分比为1-10%。
6.根据权利要求5所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的低温脱硝催化剂为颗粒状，颗粒粒径大小为0.2mm~6mm。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的脱硝预处理系统通过再生循环利用中的再生循环利用是指在常温水洗再生或热水再生后，沥干6~18h，经沥干后循环利用，其中的水为脱盐水或是达到工业锅炉水质要求的水。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的低温脱硝催化剂为在常温水洗再生或热水再生后的低温脱硝催化剂。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于活性炭材料的低温脱硝工艺，其特征在于：所述的含有氮氧化物的烟气在脱硝预处理系统的空速为1000~10000h-1，在脱硝固定床反应塔中的空速为1000~10000h-1。
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