CN111013358A - 一种高效干法脱硝引发剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效干法脱硝引发剂及其制备方法，所述脱硝引发剂包括含有氨基、羟基和酰胺基的物质，具体包括以下重量份的成分：丙烯酰胺300～400份，聚乙酰胺基葡萄糖700～850份，交联剂10～20份，引发剂8～15份，去离子水2×104～3×104份；添加了所述脱硝引发剂的脱硝剂，其活性范围宽，脱硝效果显著提高，有效降低了脱硝反应的温度，而且不会产生二次污染；所述制备方法操作简单，对设备的要求低，有效地降低了企业的脱硝成本，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及脱硝引发剂以及制备技术领域，特别涉及一种高效干法脱硝引发剂及其制备方法。
背景技术
目前工业烟气脱销技术主要为SNCR(selective non-catalytic reduction)、SCR(selective catalytic reduction)和SNCR/SCR联合技术。其中SNCR已NH3或尿素为还原剂与烟气中的NOx反应转化为无害的N2和H2O，具有过程简单、投资设备少等优点。但是该方法存在如下缺点：(1) 反应温度高，NH3与NO最佳反应温度为850～1250℃，尿素与NO最佳反应温度为850～1000℃；(2)带来二次污染，导致氨逃逸和强温室气体N2O的排放，氨会与烟气中的SO3反应生成硫酸氢铵，造成下游设备管道堵塞和腐蚀；(3)脱销效率偏低，约为50％，难以满足日益提高的排放控制要求。随着环保要求的提高，传统的SNCR工艺难以满足日益严格的排放指标，SCR 和SNCR/SCR联合技术得到了广泛研究，该类技术的核心在于脱销催化剂的设计开发，目前发展较成熟的是以氨气为还原剂的NH3-SCR技术，然而该技术在工业推广中存在如下缺点：(1)催化剂的活性温度窗口窄，催化剂的最佳工作温度范围较窄，温度波动影响脱销效果；(2)催化剂寿命较短、容易堵塞失活；(3)工业烟气中含有大量粉尘和碱金属，容易引起催化剂中毒，极大削弱催化剂活性。此外，NH3-SCR技术还存在催化剂易失活、需要定期更换的问题，导致设备投资大、后期维护和运行成本高。
PNCR脱硝技术作为一种新兴技术，以含有氨基的有机物作为脱硝剂，受热裂解成NH3及其它还原性物质与烟气中NO反应，转化为环境友好的N2和水，以及少量CO2。该工艺脱销效率高，且工艺简单、设备投资少、运行费用低，有望发展成一种经济、高效的新型脱销技术，在工业上大规模推广。然而，目前鲜有关于该技术的文献。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种高效干法脱硝引发剂及其制备方法，旨在解决现有技术中工业脱硝的脱硝效率低、成本高，容易造成二次污染的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种高效干法脱硝引发剂，包括含有氨基、羟基和酰胺基的物质。
所述的高效干法脱硝引发剂中，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺 300～400份，聚乙酰胺基葡萄糖700～850份，交联剂10～20份，引发剂 8～15份，去离子水2×104～3×104份。
所述的高效干法脱硝引发剂中，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
所述的高效干法脱硝引发剂中，所述引发剂为过硫酸钾。
一种高效干法脱硝引发剂的制备方法，包括：
S001.称取丙烯酰胺置于反应器中，加入去离子水，然后加入交联剂，恒温持续搅拌均匀；
S002.往上述溶液中鼓泡通入N2，然后加入引发剂，持续搅拌，70℃下反应6h；
S003.加入聚乙酰氨基葡萄糖，继续搅拌1h，浓缩并干燥，得所述脱硝引发剂。
有益效果：
本发明提供了一种高效干法脱硝引发剂及其制备方法，所述脱硝引发剂富含氨基和羟基，在高温下热解生成氨基自由基、烃类自由基和CO等还原性的引发剂，有助于在体系中行程OH启动因子，从而促进NH3-NO还原反应的进行；添加了所述脱硝引发剂的脱硝剂，其活性范围宽，脱硝效果显著提高，有效降低了脱硝反应的温度，而且不会产生二次污染；所述制备方法操作简单，对设备的要求低，有效地降低了企业的脱硝成本，提高经济效益。
附图说明
图1为本发明提供的实施例1制备的所述高效干法脱硝引发剂的红外吸收光谱图。
图2为本发明提供的所述对照品脱硝效果图。
图3为本发明提供的所述测试品的脱硝效果图。
具体实施方式
本发明提供一种高效干法脱硝引发剂及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施方式中所使用的试剂包括：
聚乙酰氨基葡糖：上海麦克林生化科技有限公司；
N,N’-亚甲基双丙烯酰胺：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
过硫酸钾：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
KMnO4：广州化学试剂厂；
尿素：上海麦克林生化科技有限公司；
CuO：上海麦克林生化科技有限公司；
纯氮气(99.999％)：广州盛盈气体有限公司；
一氧化氮稀释气：1998ppm NO/N2,佛山德力梅塞尔气体有限公司；
氨气稀释气：1996ppm NH3/N2,佛山德力梅塞尔气体有限公司。
试验仪器包括：固定床反应装置和Testo 350多组分烟气分析仪。
本发明提供一种高效干法脱硝引发剂，包括含有氨基、羟基和酰胺基的物质。
具体的，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺300～400份，聚乙酰胺基葡萄糖700～850份，交联剂10～20份，引发剂8～15份，去离子水2×104～ 3×104份。
更具体的，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸钾。
脱硝反应中NH3和NO直接反应的活化能非常大(NH3直接还原NO的反应温度为850～1250℃)，该反应自发进行的关键在于启动因子OH的生成，因此脱硝反应体系中OH的浓度对NOx的消除至关重要。上述成分合成的脱硝引发剂中含有大量的氨基和羟基，高温下容易热解生成氨基自由基、烃类自由基和CO等还原性引发剂，有助于在体系中形成OH启动因子，从而促进NH3-NO还原反应的进行。
如式(1)所示，所述脱硝引发剂热解生成NHi、CHj和CO等具有还原性的活泼中间物；
CxHyNnOm→NHi+CHj+CO (1)；
如式(2)～(5)所示，生成的中间无再进一步反应形成活性根OH；
NHi+NO→NHi-1+OH (2)；
CHj+O→CHj-1+OH (3)；
CO+OH→CO2+H (4)；
H+O2→O+OH (5)；
如式(6)～(10)所示，OH作为NH3-NO还原反应的启动因子，促进脱硝反应的进行；
NH3+O→NH2+OH (6)；
NH3+OH→NH2+H2O (7)；
NH2+NO→NNH+OH (8)；
NH2+NO→N2+H2O (9)；
NNH→N2+H (10)。
一种高效干法脱硝引发剂的制备方法，包括：
称取丙烯酰胺置于反应器中，加入去离子水，然后加入交联剂N,N’- 亚甲基双丙烯酰胺，置于恒温加热磁力搅拌仪中充分搅拌均匀；再往上述溶液中鼓泡通入N2，以除去溶液中的阻聚剂O2；然后加入引发剂过硫酸钾，持续搅拌，70℃下充分反应6h；然后加入聚乙酰氨基葡萄糖，继续搅拌1h，浓缩并用冻干机干燥，得所述脱硝引发剂。所述方法操作简单，对设备的要求不高，容易实施。
下面提供一些实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种高效干法脱硝引发剂，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺339.5mg，聚乙酰胺基葡萄糖792.2mg，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺11.6mg，过硫酸钾 10mg，去离子水25mL。
所述高效干法脱硝引发剂的制备方法为：称取丙烯酰胺置于反应器中，加入去离子水，然后加入交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，置于恒温加热磁力搅拌仪中充分搅拌均匀；再往上述溶液中鼓泡通入N2，然后加入引发剂过硫酸钾，持续搅拌，70℃下充分反应6h；然后加入聚乙酰氨基葡萄糖，继续搅拌1h，浓缩并用冻干机干燥，得所述脱硝引发剂。
实施例2
一种高效干法脱硝引发剂，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺392.2mg，聚乙酰胺基葡萄糖850mg，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺8.9mg，过硫酸钾12mg，去离子水28mL。
所述高效干法脱硝引发剂的制备方法，与实施例1相同。
实施例3
一种高效干法脱硝引发剂，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺300mg，聚乙酰胺基葡萄糖780.5mg，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺18.2mg，过硫酸钾 8mg，去离子水20mL。
所述高效干法脱硝引发剂的制备方法，与实施例1相同。
实施例4
一种高效干法脱硝引发剂，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺400mg，聚乙酰胺基葡萄糖700mg，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺10mg，过硫酸钾14mg，去离子水23mL。
所述高效干法脱硝引发剂的制备方法，与实施例1相同。
实施例5
一种高效干法脱硝引发剂，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺362.5mg，聚乙酰胺基葡萄糖812.5mg，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺20mg，过硫酸钾15mg，去离子水30mL。
所述高效干法脱硝引发剂的制备方法，与实施例1相同。
上述实施例1～5制备的脱硝引发剂制备的脱硝剂的脱硝效果明显优于没有添加该引发剂的制备的脱硝剂，其脱硝率均达70％以上。下面采用实施例1制备的脱硝引发剂与没有添加该脱硝引发剂的脱硝剂的脱硝效果进一步进行比较，进一步说明该脱硝引发剂对脱硝效果的影响。
实施例6
将实施例1所制备的所述脱硝引发剂通过红外吸收光谱仪测试其化学结构和组成。请参照图1，通过该红外吸收光谱图可以看出，3425cm-1附近有明显的-NH2和-OH的伸缩振动吸收峰，2879cm-1处有亚甲基(-CH2-)的伸缩振动特征峰，1639cm-1处有较强的-C＝O的伸缩振动，为所述脱硝引发剂中的酰胺官能团。图1表明，所述脱硝引发剂中含有较多的氨基和羟基，高温下容易热解生成氨基自由基、烃类自由基和CO等还原性引发剂，有助于在体系中形成OH启动因子。
实施例7
7.1对照品的制备：称取500mg尿素、420毫克改性界面剂、80mgKMnO4,混合均匀，得对照品。
7.2测试品的制备：称取500mg尿素、400毫克改性界面剂、27mgKMnO4、 100mg实施例1所述的脱硝引发剂，混合均匀，得测试品。
7.3脱硝效果的评价
分别准确称取200mg对照品和测试品与石英砂颗粒混合均匀，置于固定床反应装置的脱硝反应管内，通入120mg/m3NO,以N2为背景气，反应气流量为1000mL/min，反应温度以25℃/min升至700℃后恒温，待气路稳定后，通过Testo 350多组分烟气分析仪在线监测反应出口气中NO的含量。NO脱除率计算公式为：
ηNO＝(Cin-Cout)/Cin×100％ (11)
式中，ηNO为NO的脱除率，Cin、Cout分别为反应装置进口和出口气体中的NO浓度。
请参阅图2和3，图2表明当温度低于540℃时，对照品基本没有脱硝效果，尤其当温度升至360～540℃时，因随着温度升高，少量尿素及其热解产物在氧化剂作用下转化成NO，反应后烟气中的NO浓度(121～127mg/m3) 略高于反应前的初始浓度120mg/m3。随着温度继续升高，尿素开始与烟气中NO反应，将NO还原成N2；当温度达到575℃时，NO浓度降至81mg/m3。图3表明测试品在350℃之前基本无反应，当反应温度为350～490℃时，少量高分子聚合物和尿素及两者的热解产物在氧化剂作用下转化成NO，反应中NO浓度明显增加(121～139mg/m3)。随着温度继续升高，测试品逐渐显示出较好的脱硝效果，当温度为700℃时，NO浓度由初始的120mg/m3最低降至34mg/m3。
根据式(11)计算测试品和对照品的脱硝率，综合比较其最佳脱硝率以及其在室温至700℃之间的最佳脱硝温度得出，对照品的最佳脱硝温度为 575℃，对应的最佳脱硝率为32.5％。测试品的最佳脱硝温度为700℃，对应的脱硝率为71.7％。由此可见，本发明所述的脱硝引发剂对脱硝效率的提高有显著的作用。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种高效干法脱硝引发剂，其特征在于，包括含有氨基、羟基和酰胺基的物质。
2.根据权利要求1所述的高效干法脱硝引发剂，其特征在于，包括以下重量份的成分：丙烯酰胺300～400份，聚乙酰胺基葡萄糖700～850份，交联剂10～20份，引发剂8～15份，去离子水2×104～3×104份。
3.根据权利要求2所述的高效干法脱硝引发剂，其特征在于，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。
4.根据权利要求2所述的高效干法脱硝引发剂，其特征在于，所述引发剂为过硫酸钾。
5.一种如权利要求2～4任一项所述的高效干法脱硝引发剂的制备方法，其特征在于，包括：
S001.称取丙烯酰胺置于反应器中，加入去离子水，然后加入交联剂，恒温持续搅拌均匀；
S002.往上述溶液中鼓泡通入N2，然后加入引发剂，持续搅拌，70℃下反应6h；
S003.加入聚乙酰氨基葡萄糖，继续搅拌1h，浓缩并干燥，得所述脱硝引发剂。
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