CN106466552A - 一种工业烟气脱硫脱硝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种工业烟气脱硫脱硝剂,其工艺流程步骤为:原煤初加工、制备活性焦、KOH改性、负载活性组分。使用经过处理的活性焦对工业烟气中的SO2和NOX气体进行脱除,脱除分为两步,首先对烟气中的SO2和部分NOX气体进行脱除,然后通过控制烟气温度,进行以NO气体为主的脱除,该步骤可以回收较高纯度的HNO3溶液。两种气体的脱除率均高达90%以上,而且该过程中使用的活性焦在失活后可以通过简单的步骤进行再生,并保持很好的使用性能。

Description

一种工业烟气脱硫脱硝剂
技术领域
[0001] 本发明属于烟气净化领域,具体涉及一种工业烟气脱硫脱硝剂制备方法。
背景技术
[0002] 随着我国人口的快速增长和现代化工业的迅速发展,化石燃料等能源消费迅猛增长,随之而来的是日益严重的环境污染,其中工业废气酸化污染是大气污染的主要途径。我国作为燃煤大国,全国电力产量80%以上是利用煤炭资源生产的,目前我国煤炭年产量已超过20亿吨,其中50%以上将用于燃煤电厂和燃煤锅炉直接燃烧,而燃煤排放的主要污染物有:硫化物、氮化物、经类、酸类和固体颗粒物烟尘等。其中硫化物和氮化物是造成大气污染、酸雨和温室效应的罪魁祸首。研究表明,我国二氧化硫环境承载能力只有1520万吨,但是我国的排放量已大大超过了环境所能承载的极限,对生态环境造成了严重危害的同时,也给人类社会带来了巨大的经济损失。因此,作为大气污染物的主要来源之一,工业烟气中的酸性气体处理对保护环境的意义显得至关重要。西方发达国家在很早之前就开始研究二氧化硫控制技术,由于忽略了氮氧化物的控制,直到自20世纪70年代起,西方发达国家基于对S02排放控制技术研究,开始了工业烟气中硫化物和氮化物脱硫脱硝一体化技术的研究。在我国,对于工业烟气脱硫,在燃煤电厂行业出现较早。现在大多的工业烟气脱硫技术都是源于最初的燃煤烟气脱硫技术。但由于未能对其做到足够的重视,相关技术相对发达国家来说仍旧处于非常初级的阶段,其中普遍存在成本高、技术复杂、脱硫脱硝效率低等问题。因此,为加强环境保护、降低工业废气污染,提出具有高效、简洁、廉价的工业烟气脱硫脱硝方法具有十分重要的意义。
[0003]目前国内外针对工业烟气脱硫脱硝技术的研究取得了的一定的成果,但仍旧不够完善。其中现有的脱硫脱硝技术普遍存在技术投资成本和处理效率上的矛盾,对于一些低成本的处理方法,很难得到较高的处理效率,对烟气质量的改善作用不大。而较高处理效率的方法又需要大量的资金投入,对于一些中小型企业来说,很难得到收益。上述种种问题严重制约了工业烟气的脱硫脱硝措施的普及,也导致了环境的进一步恶化,给人类生活带来了严重的影响。
[0004] 中国专利201410755618.9,发明了一种烟气脱硫脱硝剂及其使用方法,该发明中的脱硫脱硝剂通过一定配比的吸收组分、活化组分、还原组分和抗氧化剂等配制而成,最终用于投入使用的脱硫脱硝剂PH值在3.5-7之间,使用过程中将脱硫脱硝剂从解吸塔顶端喷淋,利用其自身的高温和烟气的温度进行化学反应,实现对烟气的净化。该方法可以收集到较高纯度的二氧化硫气体,并将氮氧化物还原为没有污染性的氮气,而且可以对吸收过程中产生的废液加入一定量的还原剂,从而继续作为脱硫脱硝剂使用,避免了对环境的二次污染。但是该方法仍旧存在一定的不足,该方法配制出来的脱硫脱硝剂一般具有较强的酸性,在喷淋的过程中不可避免的会腐蚀解吸塔内部结构,而且脱硫脱硝剂在反应前需要加热到较高温度,连同解吸塔内部废弃的高温,加剧了腐蚀的力度,造成了间接的损失。
[0005] 中国专利201410743754.6,发明了一种利用紫外线照射和电子束辐射进行烟气脱硫脱硝的方法,在进行脱硫脱硝前,对烟气进行水喷淋和烟气一烟气热交换并逐步加入反应物质,从而控制化学反应的每一步都在最佳温度范围内进行,使反应可以充分进行,提高脱硫脱硝质量。同时,利用紫外线照射和电子束辐射来完成最终对有害气体的处理,不仅实现了对烟气中的氮氧化物和硫化物的充分吸收,而且还可以对烟气中其它有害气体进行一定的吸收,进一步提高了净化烟气的质量。但是该方法的实施涉及到的步骤及装置都非常复杂,特别是用来提供紫外线照射和电子束辐射的装置,实施起来较为困难,前期成本非常大。而且用于调节烟气温度的水喷淋系统和烟气一烟气热交换系统调试非常复杂,受环境因素影响非常严重,最终该方法整体脱硫脱硝质量难以保持稳定。
发明内容
[0006] 为了实现对工业烟气高效脱硫脱硝,满足绿色环保资源循环利用的法则。本发明旨在提供一种工业烟气脱硫脱硝方法,在提高烟气净化效率的同时降低使用成本,避免产生二次污染或间接损失。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:工业烟气中主要有害气体成分为以S02和NOX为主的一系列酸性气体,本发明通过脱硫、脱硝两步方法进行消除。首先,脱硫步骤中以活性焦作为催化剂,利用其良好的耐压、耐冲击、耐磨损性能以及同活性炭相似的吸附能力,对烟气中的酸性气体(主要为S02)进行过滤吸附,而且活性焦主要是在500~700°C对褐煤进行炭化,褐煤此时尚未完全热解,含有大量的氢和氧,表面含有丰富的含氧官能团,比较容易对其进行改性处理,由于S02和NOx均为酸性气体,将活性焦表面的官能团改性为碱性有利于对S02、NO吸附脱除,利用此特点,可以显著地提高其脱硫脱硝效率。在实际工业烟气中,氮氧化物以多种形式存在(N0、N02、N20、N203),其中NO含量较大,且对环境影响最为严重,化学性质比较稳定,不能被水或碱液吸收。因此脱硝步骤中主要是针对NO气体的处理。NO气体不具备酸性气体的特征,不能利用活性焦表面的碱性官能团进行吸收,本发明利用烟气中的02及活性焦表面的含氧官能团将NO氧化为N02,脱硫步骤中的活性焦可以起到氧化的作用,N02的生成机理主要有两种,(1)N0+02=N03,N03+N0=2N02; (2)2N0=(N0) 2,(NO) 2+02=2N02o最终生成的N02气体极易溶于水生成HN03,从而可以进一步回收利用。对于使用过程中失活的活性焦,本发明采取了高温无氧环境下的超声波再生处理,处理后的活性焦具有同原生活性焦具有几乎完全相同使用性能,大大降低了脱硫脱硝的技术成本。
[0008] 与现有技术相比本发明的有益效果。
[0009] 本发明分两步对烟气进行脱硫脱硝处理,其中脱硫步骤使用过的催化剂可以直接用于脱硝步骤中,并且对于失活的催化剂仍旧可以通过简单的步骤进行再生,不仅提升了脱硫脱硝的效率和质量,同时也显著降低了脱硫脱硝的技术成本。本发明使用的催化剂为活性焦,通过对其表面官能团的碱性化处理,大幅提升了对S02及部分NOX气体的吸附能力,对于不能在脱硫步骤中吸附的NO气体,本发明通过控制反应温度,使其被活性焦表面的含氧官能团氧化为N02,从而使其能够被活性焦吸收或溶解于水中进行回收利用。活性焦市场价格非常低廉,并且具有同活性炭相似的吸附能力,它们的吸附能力主要来源于其自身密集的孔洞结构,但是活性炭结构松散不坚固,使用一段时间其内部孔洞会发生坍塌,影响其吸附能力,从而丧失了循环利用的价值。而活性焦结构较为坚固,内部孔洞结构可以维持很长一段时间,因此,对于失活的活性焦,通过简单的处理即可重新进行利用。本发明制备的活性焦具有很高的使用性能,经测试对烟气中的S02和NOX气体吸收率均在90%以上,再生一次的活性焦也保持在80%以上的吸收率。
具体实施方式
[0010] 原煤初加工:将原煤进行研磨,筛选至50~70目,清洗去除杂质,烘干。
[0011] 制备活性焦:称取一定量的原煤,利用研磨器进行研磨至40~50目,然后放入烧杯加入蒸馏水进行清洗,去除杂质,放入烘箱中进行干燥18h,最后进行采用管式炉进行煅烧,恒温60°C4小时炭化,期间用N2 (流速200ml/min)保护,待管式炉降至室温后取出。
[0012] KOH改性:将原始活性焦研磨至30~50目,称取50克,装入100ml烧杯中,倒入500ml lmol/L的KOH溶液,置于恒温电炉进行加热,自沸腾开始计时lh,待冷却至常温后,对活性焦进行蒸馏水清洗,洗至中性后放入烘箱110°c恒温12h,待冷却至常温后取出。
[0013] 负载活性组分:将KOH改性后的活性焦等体积浸渍于固定浓度的金属硝酸盐溶液,按样品质量与金属摩尔质量进行百分比计算,分别计算出所需硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸锰、硝酸钴、硝酸铈的质量。在室温下将样品放置4h后,利用超声波在25kHz条件下浸渍30min,然后放入干燥箱干燥12h (110°C ),最后,进行550°C焙烧。待冷却至常温后取出。至此即完成了活性焦的制备与处理。
[0014] 使用时在脱硫步骤中利用烟气自身的温度(约100~120°C)维持化学反应的进行,在脱硝步骤中需将烟气温度加热至550°C,从而最大化NO气体的吸收。
[0015] 活性焦再生:将失活的活性焦放入程序控温管式炉,通入200ml/min流量的N2,在N2保护作用下进行无氧加热脱附再生。通入N2 5min排除空气后,调节程序升温至600°C。当到达指定温度后,保持恒温2h,停止加热并在N2保护下降至室温后取出。

Claims (1)

1.一种工业烟气脱硫脱硝剂,其特征在于按照如下工艺流程操作: 原煤初加工:将原煤进行研磨,筛选至50~70目,清洗去除杂质,烘干; 制备活性焦:称取一定量的原煤,利用研磨器进行研磨至40~50目,然后放入烧杯加入-d±-蒸 馏水进行清洗,去除杂质,放入烘箱中进行干燥18h,最后进行采用管式炉进行煅烧,恒温60°C4小时炭化,期间用N2 (流速200ml/min)保护,待管式炉降至室温后取出; KOH改性:将原始活性焦研磨至30~50目,称取50克,装入100ml烧杯中,倒入500mllmol/L的KOH溶液,置于恒温电炉进行加热,自沸腾开始计时lh,待冷却至常温后,对活性焦进行蒸馏水清洗,洗至中性后放入烘箱110°C恒温12h,待冷却至常温后取出; 负载活性组分:将KOH改性后的活性焦等体积浸渍于固定浓度的金属硝酸盐溶液,按样 品质量与金属摩尔质量进行百分比计算,分别计算出所需硝酸铜、硝酸铁、硝酸镍、硝酸锰、硝酸钴、硝酸铈的质量,在室温下将样品放置4h后,利用超声波在25kHz条件下浸渍30min,然后放入干燥箱干燥12h (110°C ),最后,进行550°C焙烧,待冷却至常温后取出,至此即完成了活性焦的制备与处理; 活性焦再生:将失活的活性焦放入程序控温管式炉,通入200ml/min流量的N2,在N2保护作用下进行无氧加热脱附再生,通入N2 5min排除空气后,调节程序升温至600°C,当到达指定温度后,保持恒温2h,停止加热并在N2保护下降至室温后取出。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107694578A (zh) * 2017-09-22 2018-02-16 昆明理工大学 一种同时脱硫和硝汞的生物炭载体催化剂的制备方法

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