CN108246095B - 一种烟气脱硝剂及其制备方法和用途 - Google Patents

一种烟气脱硝剂及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种烟气脱硝剂，以所述烟气脱硝剂的原料组分的总重量为基准计，所述烟气脱硝剂包括如下原料组分及质量百分含量：钢渣微粉15%~30%；碱激发活性炭70%~85%；所述碱激发活性炭是先将活性炭浸泡在碱溶液中然后微波处理，再用酸溶液洗涤并水洗至中性后烘干所得。本发明利用钢渣微粉中金属氧化物作为催化剂，活性炭中C和CO作为还原剂，显著提高了脱硝效率，同时弱碱环境进一步提高了脱硝效率，降低了成本，开拓了新型烟气脱硝剂。

Description

一种烟气脱硝剂及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硝剂，特别是涉及一种钢渣微粉改性的烟气脱硝剂。
背景技术
烟气脱硝是燃烧烟气中去除氮氧化物的过程。烟气脱硝的原理是用氧化剂将NO氧化成NO2，生成的NO2再用水或碱性溶液吸收，从而实现脱硝。主要包括：酸吸收法、选择性催化还原法、非选择性催化还原法、吸附法、离子体活化法等。由于从燃烧系统排放的烟气中的NOx，90％以上是NO，而NO难溶于水，因此对NOx的湿法处理不能用简单的洗涤法。该法的生成物HNO3液体需经浓缩处理，而且O3需要高电压制取，初投资及运行费用高。
发展烟气脱硝技术是目前环境污染治理领域研究的重点问题，由于NOx的脱除技术存在困难大的特点，因此成为研究的一个难点。
目前传统的烟气脱硝技术存在投资大、运行费用高，脱硝效率有限的问题。利用微波加热法制备活性炭进行脱硝合了活性炭的高吸附、强还原特性和微波加热均匀快速的特点，具有较高的脱硝效率，引起了广泛关注。尽管微波加热法制备活性炭脱硝具有很高的应用价值和广泛的应用前景，但是其脱硝成本较高，严重阻碍了该方法的工业应用。钢渣作为一种碱性富硅物质，是炼钢过程中产生的副产品，其主要成分包括CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，还有少量的Na2O、P2O5、MnO，以及过渡金属氧化物TiO2。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种烟气脱硝剂及其制备方法和用途，用于解决现有技术中脱硝剂制备成本高、脱硝性能不稳定的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括如下的技术方案实现的。
一种碱激发活性炭，所述碱激发活性炭是先将活性炭浸泡在碱溶液中然后微波处理，再用酸溶液洗涤并水洗至中性后烘干所得。
优选地，所述活性炭为圆柱体，其直径为8～10mm，长度为10～15mm。
优选地，所述碱溶液为选自氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液。
优选地，所述碱溶液的浓度为60～80wt％。本申请中采用过量的碱与水混合形成碱溶液。
优选地，在碱溶液中浸泡时在真空和加热条件下进行。更优选地，真空度为-0.09MPa～-0.06MPa。更优选地，加热温度为60～90℃。更优选地，在碱溶液中浸泡时间为30～60min。
优选地，微波功率为400～800W。优选地，微波处理的时间为3～15min。
优选地，酸溶液为盐酸水溶液。更优选地，所述盐酸水溶液的浓度为2～6wt％。采用酸溶液进行洗涤是为了去除活性炭中的杂质。
本发明提供了一种烟气脱硝剂，以所述烟气脱硝剂的原料组分的总重量为基准计，所述烟气脱硝剂包括如下原料组分及质量百分含量：
钢渣微粉 15％～30％
碱激发活性炭 70％～85％。
所述钢渣微粉选自转炉热泼渣、铸余渣、转炉滚筒渣、铁水脱硫渣、电炉热泼渣和电炉滚筒渣中的一种或多种。一般情况下可以将上述钢渣微粉经过破碎、筛分、磁选或钢铁渣超细磨等工艺获得粒径更小的钢渣微粉。优选地，所述钢渣微粉的粒径为2.5～112μm。
优选地，钢渣微粉的化学成分及质量百分含量如下：
Figure BDA0001515035840000021
本发明还提供了上述所述烟气脱硝剂的制备方法，将钢渣微粉和碱激发活性炭进行混合均匀后，加水搅拌至浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状后烘干。
本申请还公开了如上述所述烟气脱硝剂用于脱除燃烧烟气中氮氧化物的用途。
钢渣作为一种碱性富硅物质，是炼钢过程中产生的副产品，其主要成分包括CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，还有少量的Na2O、P2O5、MnO，以及过渡金属氧化物TiO2。利用所含金属氧化物产生的催化作用，提高脱硝的效率。
微波加热活性炭一方面促使活性炭内部微孔的打开及延伸，从而提高孔隙率，增大比表面积，有利于对氮化物的吸附。另一方面使得活化氧原子与活性炭间发生氧化还原反应生成还原剂(如C和CO)，有利于氮化物形成N2，其主要发硬式如下；
C+2NO→N2+CO2 (式1)
2C+2NO→N2+2CO (式2)
2CO+2NO→N2+2CO2 (式3)。
碱溶液激发一方面促使活性炭中羟基和羧基基团的活性增强，提高脱硝效率。另一方面弱碱环境有利于中和CO2形成的弱酸，从而推动式1、式2和式3向正反应进行，提高脱硝效率。
盐酸溶液可以去除碱激发活性炭孔隙中的杂物，从而提高比表面积。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用掺杂钢渣微粉手段、微波加热方法与碱溶液激发技术制备钢渣微粉改性碱激发活性炭，解决了现有利用高温加热活性激发活性炭时间长且脱硝成本高的问题，增强了产品市场竞争力，带来了良好的经济效益；
2、本发明利用钢渣微粉中金属氧化物作为催化剂，活性炭中C和CO作为还原剂，显著提高了脱硝效率，同时弱碱环境进一步提高了脱硝效率，降低了成本，开拓了新型烟气脱硝剂。
附图说明
图1显示为本发明实施例中采用固定床流动反应装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
本实施例中的烟气脱硝剂按重量百分比配方如下：
钢渣微粉 15.0％
碱激发活性炭 85.0％
钢渣微粉采用转炉热泼渣，其粒径为5.48μm～104.30μm，化学成分及质量百分含量为SiO2 11.06％、Fe2O3 24.40％、Al2O3 2.30％、CaO 46.78％、MgO 5.75％、P2O5 0.91％、MnO 2.19％、SO3 0.23％和其他6.38％。
首先将活性炭与60w％的氢氧化钠溶液进行混合，使得活性炭全部浸没在氢氧化钠溶液中；将上述混合物放置于真空度为-0.06MPa、温度为60℃的真空干燥箱中30min，获得活性炭吸附碱溶液。其次将活性炭吸附碱溶液放入微波器中进行加热，其中微波功率为400W、活化时间为3min，获得碱激发活性炭前躯体。最后利用6w％盐酸溶液对碱激发活性炭前躯体进行洗涤，以去除碱激发活性炭前躯体中的杂质；然后再进行水洗，使其pH值接近中性并烘干，即获得碱激发活性炭。
钢渣微粉与碱激发活性炭进行混合，利用粉碎机将碱激发活性炭与钢渣微粉混合均匀后，加入水调节粉体为浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状，烘干后，获得钢渣微粉改性碱激发活性炭，即为本申请中的烟气脱硝剂。
实施例2
本实施例中烟气脱硝剂按原料组分的重量百分比配方如下：
钢渣微粉 30.0％
碱激发活性炭 70.0％
钢渣微粉采用铸余渣，其粒径为5.04μm～105.30μm，化学成分及质量百分含量为SiO214.75％、Fe2O3 12.92％、Al2O3 10.97％、CaO 46.93％、MgO 3.06％、P2O5 0.50％、MnO1.67％、SO3 1.26％和其他7.94％。
首先将活性炭与70w％氢氧化钠溶液进行混合，使得活性炭全部浸没在氢氧化钠溶液中；将上述混合物放置于真空度为-0.09MPa、温度为90℃的真空干燥箱中60min，获得活性炭吸附碱溶液。其次将活性炭吸附碱溶液放入微波器中进行加热，其中微波功率为800W、活化时间为15min，获得碱激发活性炭前躯体。
最后利用4w％盐酸溶液对碱激发活性炭前躯体进行洗涤，以去除碱激发活性炭前躯体中的杂质；然后再进行水洗，使其pH值接近中性并烘干，即获得碱激发活性炭。
钢渣微粉与碱激发活性炭进行混合，利用粉碎机将活性炭与钢渣微粉混合均匀后，加入水调节粉体为浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状，烘干后，获得钢渣微粉改性碱激发活性炭，即为本申请中的烟气脱硝剂。
实施例3
本实施例中烟气脱硝剂的原料组分及重量百分比配方如下：
钢渣微粉 20.0％
碱激发活性炭 80.0％
钢渣微粉采用转炉滚筒渣，其粒径为2.68μm～92.14μm，化学成分及质量百分含量为SiO212.31％、Fe2O3 25.08％、Al2O3 1.56％、CaO 47.00％、MgO 5.61％、P2O5 0.99％、MnO1.80％、SO3 0.13％和其他5.52％。
首先将活性炭与80w％的氢氧化钠溶液进行混合，使得活性炭全部浸没在氢氧化钠溶液中；将上述混合物放置于真空度为-0.07MPa、温度为80℃的真空干燥箱中40min，获得活性炭吸附碱溶液。其次将活性炭吸附碱溶液放入微波器中进行加热，其中微波功率为700W、活化时间为6min，获得碱激发活性炭前躯体。最后利用2w％盐酸溶液对碱激发活性炭前躯体进行洗涤，以去除碱激发活性炭前躯体中的杂质；然后再进行水洗，使其pH值接近中性并烘干，即获得碱激发活性炭。
钢渣微粉与碱激发活性炭进行混合，利用粉碎机将活性炭与钢渣微粉混合均匀后，加入水调节粉体为浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状，烘干后，获得钢渣微粉改性碱激发活性炭，即为本申请中的烟气脱硝剂。
实施例4
本申请中的烟气脱硝剂按重量百分比配方如下：
钢渣微粉 25.0％
碱激发活性炭 75.0％
钢渣微粉采用铁水脱硫渣，其粒径为4.70μm～90.29μm，化学成分及质量百分含量为SiO215.32％、Fe2O3 12.64％、Al2O3 5.47％、CaO 51.34％、MgO 3.47％、P2O5 0.50％、MnO0.80％、SO3 2.06％和其他8.40％。
首先将活性炭与80w％氢氧化钠溶液进行混合，使得活性炭全部浸没在氢氧化钠溶液中；将上述混合物放置于真空度为-0.08MPa、温度为70℃的真空干燥箱中50min，获得活性炭吸附碱溶液。其次将活性炭吸附碱溶液放入微波器中进行加热，其中微波功率为500W、活化时间为12min，获得碱激发活性炭前躯体。最后利用3w％盐酸溶液对碱激发活性炭前躯体进行洗涤，以去除碱激发活性炭前躯体中的杂质；然后再进行水洗，使其pH值接近中性并烘干，即获得碱激发活性炭。
钢渣微粉与碱激发活性炭进行混合，利用粉碎机将活性炭与钢渣微粉混合均匀后，加入水调节粉体为浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状，烘干后，获得钢渣微粉改性碱激发活性炭，即为本申请中的烟气脱硝剂。
实施例5
本实施例中的烟气脱硝剂按重量百分比配方如下：
钢渣微粉 30.0％
碱激发活性炭 70.0％
钢渣微粉采用电炉热泼渣，其粒径为6.35μm～111.50μm，化学成分及质量百分含量为SiO2 13.04％、Fe2O3 29.91％、Al2O3 3.26％、CaO 41.18％、MgO 3.37％、P2O5 0.69％、MnO 3.56％、SO3 0.28％和其他4.71％。
首先将活性炭与70w％氢氧化钠溶液进行混合，使得活性炭全部浸没在氢氧化钠溶液中；将上述混合物放置于真空度为-0.06MPa温度为90℃的真空干燥箱中30min，获得活性炭吸附碱溶液。其次将活性炭吸附碱溶液放入微波器中进行加热，其中微波功率为600W、活化时间为9min，获得碱激发活性炭前躯体。最后利用5w％盐酸溶液对碱激发活性炭前躯体进行洗涤，以去除碱激发活性炭前躯体中的杂质；然后再进行水洗，使其pH值接近中性并烘干，即获得碱激发活性炭。
钢渣微粉与碱激发活性炭进行混合，利用粉碎机将活性炭与钢渣微粉混合均匀后，加入水调节粉体为浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状，烘干后，获得钢渣微粉改性碱激发活性炭。
实施例6
本实施例中的烟气脱硝剂按重量百分比配方如下：
钢渣微粉 20.0％
碱激发活性炭 80.0％。
钢渣微粉采用电炉滚筒渣，其粒径为5.40μm～111.60μm，化学成分及质量百分含量为SiO2 11.14％、Fe2O3 33.14％、Al2O3 2.79％、CaO 38.94％、MgO 3.40％、P2O5 0.19％、MnO3.49％、SO3 0.28％和其他6.63％。
首先将活性炭与60w％氢氧化钠溶液进行混合，使得活性炭全部浸没在氢氧化钠溶液中；将上述混合物放置于真空度为-0.09MPa、温度为60℃的真空干燥箱中60min，获得活性炭吸附碱溶液。其次将活性炭吸附碱溶液放入微波器中进行加热，其中微波功率为600W、活化时间为9min，获得碱激发活性炭前躯体。最后利用4w％盐酸溶液对碱激发活性炭前躯体进行洗涤，以去除碱激发活性炭前躯体中的杂质；然后再进行水洗，使其pH值接近中性并烘干，即获得碱激发活性炭。
钢渣微粉与碱激发活性炭进行混合，利用粉碎机将活性炭与钢渣微粉混合均匀后，加入水调节粉体为浆状后制成粒径约为0.5～2.0cm的球状，烘干后，获得钢渣微粉改性碱激发活性炭，即为本申请中的烟气脱硝剂。
对比例1
本对比例中活性炭脱硝剂按重量百分比配方如下：
活性炭 100.0％
将活性炭放入加热器中进行加热，其中温度为400℃、活化时间为2h，获得活性炭。
对比例2
本对比例中活性炭脱硝剂按重量百分比配方如下：
活性炭 100.0％
将活性炭放入微波器中进行加热，其中微波功率为500W、活化时间为6min，获得活性炭。
实施例1～6的烟气脱硝剂和对比例1和2中的活性炭脱硝剂进行烟气脱硝性能检测过程如下：
采用固定床流动反应装置如图1，图1中的工作原理如下：
在配气系统中，NO、N2和O2通过质量流量计控制流量，按照一定比例混合成模拟烟气进入混合器1，形成混合气体1，其组分为NO的初始浓度为2400mg/m3，且以混合气体1中一氧化氮的质量为基准计，氧气的含量为5％，平衡气N2为83％。；混合气体1进入混合器2与水蒸气混合，以NO的质量为基准计，水蒸气的含量为15％，形成混合气体2。混合气体2以空速为5000h-1进入装有烟气脱硝剂的反应器中，利用烟气分析仪测定反应装置入口和出口处烟气中NO浓度，并在出口处设尾气吸收装置。
采用图1装置测定脱除NO的性能，反应温度为25℃，模拟烟气成分为：NO的初始浓度为2400mg/m3，氧含量为5％，水蒸气含量为12％，其余为平衡气N2。测试期间，空速为5000h-1，反应装置入口和出口处烟气中NO浓度由烟气分析仪进行测定，并在出口处设尾气吸收装置。气体去除率η的计算公式为：η＝(C0-Ct)/C0×100％，其中，C0表示气体的初始浓度(mg/m3)，Ct表示t时刻气体的浓度(mg/m3)。
表1中脱硝穿透时间是指在脱除NO实验中，采用脱硝剂连续脱硝并保持气体去除率不低于90％达到的时间。
表1
序号 脱硝穿透时间(min) 气体去除率(％)
实施例1 309 90
实施例2 284 90
实施例3 296 90
实施例4 273 90
实施例5 315 90
实施例6 327 90
对比例1 267 90
对比例2 264 90
由上述表1可以看出实施例1～6的脱硝穿透时间均优于对比例1～2。
本申请中技术方案提供一种烟气脱硝剂，其脱硝具有持久的脱硝效果，并且成本比现有技术中脱硝剂的成本低。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种烟气脱硝剂，其特征在于，以所述烟气脱硝剂的原料组分的总重量为基准计，所述烟气脱硝剂包括如下原料组分及质量百分含量：
钢渣微粉 15％～30％
碱激发活性炭 70％～85％；
所述碱激发活性炭是先将活性炭浸泡在碱溶液中然后微波处理，再用酸溶液洗涤并水洗至中性后烘干所得；
所述钢渣微粉的粒径为2.5～112μm；
钢渣微粉选自转炉热泼渣、铸余渣、转炉滚筒渣、铁水脱硫渣、电炉热泼渣和电炉滚筒渣中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于：钢渣微粉的化学成分及质量百分含量如下：
Figure FDA0002786575890000011
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于：包括如下特征中的一种或多种：
所述碱溶液为选自氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液；
所述碱溶液的浓度为60～80wt％。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于：包括如下特征中的一种或多种：
在碱溶液中浸泡时在真空和加热条件下进行；
真空度为-0.09MPa～-0.06MPa；
加热温度为60～90℃；
在碱溶液中浸泡时间为30～60min。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于：包括如下特征中的一种或多种：
微波功率为400～800W；微波处理的时间为3～15min。
6.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于：包括如下特征中的一种或多种：
酸溶液为盐酸水溶液；所述盐酸水溶液的浓度为2～6wt％。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述烟气脱硝剂的制备方法，将钢渣微粉和碱激发活性炭进行混合均匀后，加水搅拌至浆状后制成粒径为0.5～2.0cm的球状后烘干。
8.根据权利要求1～6任一项所述烟气脱硝剂用于脱除燃烧烟气中氮氧化物的用途。
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煤基炭微波烟气脱硝的研究;刘贝;《中国优秀硕士论文全文数据库 工程科技I辑》;20170630;第B027-540页 *

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