CN107442069B - 一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，包括以下步骤：以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂和造孔剂为原料，充分混合后与水搅拌均匀，经成型压样机压制，放入高温炉中，惰性气氛下焙烧后降至活化温度，再通水蒸气高温活化，缓慢降温后得到烧结烟气脱硝碳质吸附材料。本发明一种烧结脱硝碳质吸附材料与传统的吸附材料相比，具有强度高、耐高温、微孔丰富不易堵塞、使用周期长、成本低廉等优势，处理烧结氮氧化物，转化率可达93％以上。

Description

一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种烧结烟气脱硝吸附材料的制备方法。
背景技术
随着我国经济技术的发展，国际地位在不断提高的同时由于发展带来的矛盾也日渐突出，尤其是最近几年，出现了空气中PM2.5超标、雾霾严重等环境问题，其主要是由于工业污染、火力发电、车辆尾气等排放严重造成的，所以政府高度重视工业烟气排放标准。钢铁行业中，烧结烟气的排放占整个钢铁工业烟气排放的40％，烟气中包含较多的细粉尘、硫氧化物、氮氧化物、二噁英等污染物，特别是氮氧化物，严重影响人们的生活环境，同时环保部出台修改了《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》文件，排放要求更加严格。如何降低烧结工业的氮氧化物排放，冶金工作者作出了大量的努力工作。
在烧结脱硝工艺中，主要可以分为源头治理和末端治理两大类。末端治理中，主要的脱硝技术有：分级燃烧+SNCR、SNCR、SCR、SNCR-SCR等。目前最有效的技术为选择性催化还原技术(SCR)，在本技术中催化剂的性能起到了关键性作用，众所周知，活性炭吸附脱硝存在强度低、制作能耗高、易粉化、使用周期短等缺陷。在改进脱硝催化剂方面，研究学者作出了不懈努力，由山东大学申请的《一种烟气SCR脱硝催化剂的制备方法》(专利号：201210014144.3)是将偏钒酸铵、草酸、Mn盐与水混合制成混合溶液，向混合溶液中加入二氧化钛粉末并水浴加热搅拌，然后室温静置制得混合溶胶；将混合溶胶放入微波炉中微波辐射加热烘干，烘干后的固体置于马弗炉中煅烧制得。该方法需要制备混合溶胶，能耗高且制备过程较长。由江苏峰业电力环保集团有限公司申请的《脱硝催化剂及其制备方法以及烟气脱硝方法》(专利号：201110005264.2)中，通过对ITAC-140-7A、CTAC-115、硬脂酸、去离子水、氨水、乳酸、玻璃纤维、木浆、水和偏矾酸铵溶液、羧甲基纤维素和聚氧化乙烯多次混炼后经老化、干燥和焙烧等步骤制得较好脱硝效率的催化剂。该方法多次混炼、多次干燥，操作繁琐，制作时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，以改善目前烧结烟气脱硝工艺中吸附材料存在的劣势；本发明所制备吸附材料具有机械强度高、耐高温、微孔丰富不易堵塞、使用周期长、成本低廉的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，包括以下步骤：以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂和造孔剂为原料，充分混合后与水搅拌均匀，经成型压样机压制，放入高温炉中，惰性气氛下焙烧后降至活化温度，再通水蒸气高温活化，缓慢降温后得到烧结烟气脱硝碳质吸附材料。
进一步的，原料以质量分数计：含铁料含量为25～35％，低变质煤含量为55％～65％，含铈组分含量为1.5％～3.5％，粘结剂含量为2.0％～4.0％，造孔剂含量为2.5％～3.5％。
进一步的，含铁料为铁矿粉、氧化铁皮、除尘灰中的一种或几种；含铈组分为硝酸铈铵、氢氧化铈、草酸铈中的一种或几种；粘结剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃中的一种或几种；造孔剂为锯末、木质纤维素、椰壳中一种或几种；低变质煤为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤中的一种或几种。
进一步的，所有原料成分粒度均小于等于150μm。
进一步的，按质量分数计，混入原料中水的质量为原料总质量的3％～5％。
进一步的，成型压力为1.0MPa～1.5MPa。
进一步的，焙烧的温度制度为：850℃将压制后样品放入高温炉中保温10min，然后升温，850℃～1050℃升温速率为2℃/min，升温至1050℃后降温至活化温度后通水蒸气活化。
进一步的，水蒸气活化温度为800℃～900℃，活化时间为30min～45min。
进一步的，原料经成型压样机压制成圆饼状，放入高温炉中焙烧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明一种烧结烟气脱硝新型碳质吸附材料的制备方法，通过冷压成型、高温焙烧后再活化的方式直接获得碳质吸附材料，具有强度高、耐高温、微孔丰富不易堵塞、使用周期长、成本低廉等优势。
本发明一种烧结烟气脱硝新型碳质吸附材料的制备方法中，以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂、造孔剂5种物质为原料，含铁料在高温炉固结过程中部分被还原为金属铁，形成铁连晶弥散分布于吸附材料内部，从而提高了新型碳质吸附材料的机械强度，加入添加剂，在物料间可起粘结作用，同时高温下煅烧能丰富吸附材料微孔，改善新型吸附材料的比表面积，活化后形成的部分Fe2O3与活性组分分解形成的CeO2形成双组份催化剂，较好地嵌布在碳质载体上，提高了新型吸附材料的脱硝指标。
具体实施方式
为进一步阐述本发明一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，现结合实例进行具体说明。
实施例1：
原料按质量分数计，将25％的含铁料，低变质煤含量为65％，含铈组分含量为2.5％，粘结剂含量为4.0％、造孔剂含量为3.5％的5种原料物质(其中，含铁料选取铁矿粉，低变质煤主要包括褐煤、长焰煤、气煤，按1:1:2的比值均匀混合煤粉，含铈组分为氢氧化铈，粘结剂为可溶性淀粉，造孔剂按木质纤维素、椰壳为1：1添加)，充分混合后加入原料4％的水搅拌均匀，在成型压样机1.5MPa下压制为圆柱状小饼。当高温炉炉温升至850℃时，将小饼放入炉中保温10min，随后炉温以2℃/min开始升温至1050℃后降温至活化温度850℃，通入水蒸气在850℃下活化30min，取样缓慢降温后制得烧结烟气脱硝碳质吸附材料。
实施例2：
原料按质量分数计，将30％的含铁料，低变质煤含量为61.5％，含铈组分含量为2.5％，粘结剂含量为3.0％，造孔剂含量为3.0％的5种原料物质(其中，含铁料选取铁矿粉，低变质煤主要包括长焰煤、气煤、肥煤，按2:1:1的比值均匀混合煤粉，含铈组分为草酸铈，粘结剂为水玻璃，造孔剂按锯末：椰壳为1：1添加)，充分混合后加入原料5％的水搅拌均匀，在成型压样机1.3MPa下压制为圆柱状小饼。当高温炉炉温升至850℃时，将小饼放入炉中保温10min，随后炉温以2℃/min开始升温至1050℃后降低温度至活化温度800℃，通入水蒸气在800℃下活化35min，取样缓慢降温后制得烧结烟气脱硝碳质吸附材料。
实施例3：
按质量分数计，将35％含铁料，低变质煤含量为55％，含铈组分含量为3.5％，粘结剂含量为4.0％，造孔剂含量为2.5％的5种原料物质(其中，含铁料选取铁矿粉：除尘灰为1:1添加，低变质煤主要包括褐煤、气煤、肥煤，按1:2:1的比值均匀混合煤粉，含铈组分为硝酸铈铵，粘结剂添按可溶性淀粉和水玻璃的质量比为1:1添加，造孔剂按锯末：椰壳为1:1添加)，充分混合后加入原料3％的水搅拌均匀，在成型压样机1.0MPa下压制为圆柱状小饼。当高温炉炉温升至850℃时，将小饼放入炉中保温10min，随后炉温以2℃/min开始升温至1050℃后降温至活化温度900℃，通入水蒸气在900℃下活化40min，取样缓慢降温后制得烧结烟气脱硝碳质吸附材料。
实施例4：
按质量分数计，将30％含铁料，低变质煤含量为64％，含铈组分含量为1.5％，粘结剂含量为2.0％，造孔剂含量为2.5％的5种原料物质(其中，含铁料选取除尘灰，低变质煤主要包括褐煤、气煤、肥煤，按1:2:1的比值均匀混合煤粉，含铈组分为草酸铈，粘结剂按可溶性淀粉和水玻璃的质量比为1:1添加，造孔剂按锯末：木制纤维素为1:1添加)，充分混合后加入原料5％的水搅拌均匀，在成型压样机1.5MPa下压制为圆柱状小饼。当高温炉炉温升至850℃时，将小饼放入炉中保温10min，随后炉温以2℃/min开始升温至1050℃后降温至活化温度900℃，通入水蒸气在900℃下活化45min，取样缓慢降温后制得烧结烟气脱硝碳质吸附材料。
实施例1～4所制得的烧结烟气脱硝碳质吸附材料检测数据见表1。
表1烧结烟气脱硝碳质吸附材料物性数据
Figure BDA0001403148660000051
注：NOx转化率在实验室条件下检测。
本发明一种烧结脱硝碳质吸附材料与传统的吸附材料相比，具有强度高、耐高温、微孔丰富不易堵塞、使用周期长、成本低廉等优势，处理烧结氮氧化物，转化率可达93％以上。
本发明涉及一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，包括但不限于以上实施例，本发明可使氮氧化物得到有效转化，制备方法简单易操作，适用于工业大规模生产。

Claims (7)

1.一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以含铁料、低变质煤、含铈组分、粘结剂和造孔剂为原料，充分混合后与水搅拌均匀，经成型压样机压制，放入高温炉中，惰性气氛下焙烧后降至活化温度，再通水蒸气高温活化，缓慢降温后得到烧结烟气脱硝碳质吸附材料；焙烧的温度制度为：850℃将压制后样品放入高温炉中保温10min，然后升温，850℃~1050℃升温速率为2℃/min，升温至1050℃后降温至活化温度后通水蒸气活化；水蒸气活化温度为800℃~900℃，活化时间为30min~45min；
活化后形成的部分Fe2O3与活性组分分解形成的CeO2形成双组份催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，原料以质量分数计：含铁料含量为25~35%，低变质煤含量为55%~65%，含铈组分含量为1.5%~3.5%，粘结剂含量为2.0%~4.0%，造孔剂含量为2.5%~3.5%。
3.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，含铁料为铁矿粉、氧化铁皮、除尘灰中的一种或几种；含铈组分为硝酸铈铵、氢氧化铈、草酸铈中的一种或几种；粘结剂为可溶性淀粉、羧甲基纤维素钠、水玻璃中的一种或几种；造孔剂为锯末、木质纤维素、椰壳中一种或几种；低变质煤为褐煤、长焰煤、气煤中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，所有原料成分粒度均小于等于150μm。
5.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，按质量分数计，混入原料中水的质量为原料总质量的3%~5%。
6.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，成型压力为1.0MPa~1.5MPa。
7.根据权利要求1所述的一种烧结烟气脱硝碳质吸附材料的制备方法，其特征在于，原料经成型压样机压制成圆饼状，放入高温炉中焙烧。
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