CN112452144B - 一种以气化渣制备用于水泥预热器的脱硝材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以气化渣制备用于水泥预热器的脱硝材料的方法，属于化工废弃物处理技术、环境保护和水泥窑炉烟气脱硝处理领域。本发明利用气化渣成分与水泥成分相似且含有去除氮氧化物的活性元素的特性，将气化渣研磨过筛后通过酸溶解，碱滴加及加入其它活性元素改性的方法，制得脱硝材料；将制得的脱硝材料直接加入水泥预热器中，伴随水泥生产过程即可达到脱硝效果，在无氧气含量时脱硝效率随温度升高逐渐增大，当温度达到600℃时，脱硝率即可达到90％以上，最高脱硝率为99.3％。在5％O2含量时，600℃时脱硝率最高，可达85.2％。此方法以煤化工气化渣为原料，实现废渣的资源再利用，能够充分有效的利用气化渣各成分，真正实现变废为宝，保护环境。

Description

一种以气化渣制备用于水泥预热器的脱硝材料的方法
技术领域
本发明属于化工废弃物处理技术领域、环境保护领域，具体涉及气化渣处理和再利用，用于水泥窑炉的烟气处理。
背景技术
我国富煤贫油少气的特点使得煤成为我国的主要能源，水煤浆气化技术的广泛应用在制备出可燃气体的同时，也产生了大量固体废渣即为气化渣。气化渣包括粗渣和细渣，粗渣是气化炉炉底灰渣，指浆化煤炭颗粒在气化炉高温高压条件下熔融，急冷、凝结等步骤后，由气化炉底部排渣锁斗排出的含水渣，粒径集中分布在16目至4目之间，残碳量为10％～30％，产生量约占气化渣排量的80％。细渣是通过气化炉炉顶由煤气气流携带出的含水渣，产生量约占气化渣排量的20％。气化渣的处理一直是困扰煤化工产业的一个重要问题。由于气化渣中除了含有氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化铁、氧化镁等无机相外，还含有约20％的残余碳，强度不好，不宜直接用于建筑材料。目前较多的处理是填埋和直接堆放，这不仅占用大量土地、导致环境污染和地质灾害的风险，而且造成了煤炭资源的浪费。研究合适的气化渣处理方法，实现废渣的资源再利用，变废为宝，将其充分有效的应用于工业中，对环境保护和煤化工业的可持续发展有重要意义。
在水泥窑炉中产生较多氮氧化物，约占全国氮氧化物总排放量的10％，其对环境的污染已成为全球性问题，生成酸雨和光化学烟雾等，对生态环境和人体健康都造成间接或直接的危害。目前比较成熟的水泥窑炉脱硝技术有低氮燃烧控制技术、SCR和SNCR，但低氮燃烧技术脱硝率较低，SCR和SNCR需要加入氨还原剂，储运过程成本高，且脱硝过程会出现氨逃逸二次污染问题。研究减少或不添加氨气等还原剂，同时又能够达到较高的脱硝率是对水泥行业脱硝有重要意义。
本发明首次以气化渣为原料制备出脱硝材料，直接加于水泥窑炉预热器中达到去除氮氧化物的目的。这主要是由于气化渣的主要成分有氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化铁、氧化镁等无机相，与水泥成分相似，不会影响水泥熟料的性能。铁相可作为脱硝材料的活性元素，另外气化渣还含有一定量的残余碳，会进一步提高脱硝效率。此方法能够充分利用气化渣，真正实现废物再利用。
发明内容
本发明旨在以气化渣为原料研制出一种用于水泥预热器的无机脱硝材料。
一种以气化渣为原料制备用于水泥预热器中的脱硝材料的方法，其特征在于，以下步骤：
(1)气化渣颗粒的研磨处理，将气化渣颗粒置于研磨装置中，研磨3～6次至过200目筛的细度，获得气化渣粉末；
(2)将气化渣粉末与盐酸溶液以质量比1:6的比例加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，混合搅拌2h，滴加与盐酸溶液相同体积的去离子水或不同浓度的硝酸铜溶液，继续搅拌1h；加入浓度为2mol/L的氢氧化钠碱溶液调节pH至7，继续搅拌30min；将反应后的混合物置于抽滤装置进行抽滤，同时加入去离子水进行洗涤；将分离出的沉淀物烘干，制得脱硝材料。
将气化渣粉末与盐酸溶液以质量比1:6的比例加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中加入在此步骤中滴加同体积的去离子水制备的脱硝材料，在脱硝反应中，主要是利用气化渣中含有的碳和铁元素，促进脱硝反应的进行。当滴加同体积不同浓度的硝酸铜溶液时，使制得的脱硝材料粉末中含有不同质量比例的活性元素铜，活性元素铜促进NO的转化，此时在脱硝反应过程中，是气化渣中的碳、铁和加入的铜元素共同促进脱硝反应的进行。
(3)将制备的脱硝材料分别置于脱硝测试装置中测试其脱硝效率，催化剂用量为2mL，烟气组成为ω(NO)＝0.1％，ω(O2)＝0～5％，N2为平衡气，气体流速为300mL/min，在室温25℃升温至1000℃，测试不同温度点出口烟气的成分及含量，计算脱硝率随温度的变化，从而表征出脱硝材料的脱硝性能。本发明以气化渣制备的脱硝材料在无氧气含量时，在高温区脱硝率可维持90％以上，脱硝率最高可达99.5％；在5％O2含量时最高脱硝率可达83.6％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
将气化渣颗粒置于研磨装置中，研磨至过200目筛的细度，获得气化渣粉末。将气化渣粉末与盐酸溶液以质量比1:6的比例加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，混合搅拌2h，加入同体积去离子水，继续搅拌1h；滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠碱溶液调节pH为7后，继续搅拌30min；将反应后的混合物置于抽滤装置进行抽滤，同时加入去离子水进行洗涤。将分离出的沉淀物烘干，制得脱硝材料。制备的脱硝材料置于脱硝测试装置中测试其脱硝效率，催化剂用量为2mL，在烟气成分为0.1％NO，N2为平衡气，气体流速为300mL/min时，脱硝效率基本随温度升高逐渐增大，当温度高于700℃时，脱硝率可达到90％以上。
实施例2
将气化渣颗粒置于研磨装置中，研磨至过200目筛的细度，获得气化渣粉末。将气化渣粉末与盐酸溶液以质量比1:6的比例加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，混合搅拌2h，滴加同体积硝酸铜溶液，计算加入量使得铜质量比例为3％,，继续搅拌1h；滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠碱溶液调节pH为7后，继续搅拌30min；将反应后的混合物置于抽滤装置进行抽滤，同时加入去离子水进行洗涤。将分离出的沉淀物烘干，制得脱硝材料。制备的脱硝材料置于脱硝测试装置中测试其脱硝效率，催化剂用量为2mL，在烟气成分为0.1％NO，N2为平衡气，气体流速为300mL/min时，脱硝效率随温度升高逐渐增大，当温度达到650℃，脱硝率即可达到90％以上。
实施例3
将气化渣颗粒置于研磨装置中，研磨至过200目筛的细度，获得气化渣粉末。将气化渣粉末与盐酸溶液以质量比1:6的比例加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，混合搅拌2h，滴加同体积硝酸铜溶液，计算加入量使得铜质量比例为6％，继续搅拌1h；滴加浓度为2mol/L的氢氧化钠碱溶液调节pH为7后，继续搅拌30min；将反应后的混合物置于抽滤装置进行抽滤，同时加入去离子水进行洗涤。将分离出的沉淀物烘干，制得脱硝材料。制备的脱硝材料置于脱硝测试装置中测试其脱硝效率，催化剂用量为2mL，在烟气成分为0.1％NO，N2为平衡气，气体流速为300mL/min时，脱硝效率随温度升高逐渐增大，当温度达到600℃，脱硝率即可达到90％以上，最高脱硝率为99.3％。
实施例4
脱硝材料的制备如实施例1所述，催化剂用量为2mL，烟气组成为ω(NO)＝0.1％，ω(O2)＝5％，N2为平衡气，气体流速为300mL/min时，随温度的升高，脱硝率先增大后减小，在温度为600℃时脱硝率最高，可达83.6％。
实施例5
脱硝材料的制备如实施例3所述，催化剂用量为2mL，烟气组成为ω(NO)＝0.1％，ω(O2)＝5％，N2为平衡气，气体流速为300mL/min时，随温度的升高，脱硝率先增大后减小，在温度为600℃时脱硝率最高，可达85.2％。

Claims (1)

1.一种以气化渣制备可用于水泥预热器中的脱硝材料的应用，其特征在于，将脱硝材料置于反应装置中，烟气组成为ω( NO ) =0.1%，ω(O2) =5%，N2为平衡气，气体流速为300mL/min；
其中所述脱硝材料的制备方法包括以下步骤：
（1）气化渣颗粒的研磨处理，将气化渣颗粒置于研磨装置中，研磨3~6次至过200目筛的细度，获得气化渣粉末；
（2）将气化渣粉末与盐酸溶液以质量比1:6的比例加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，混合搅拌2 h，滴加与盐酸溶液相同体积的去离子水或不同浓度的硝酸铜溶液，继续搅拌1h；加入浓度为2 mol/L的氢氧化钠碱溶液调节pH至7，继续搅拌30 min；将反应后的混合物置于抽滤装置进行抽滤，同时加入去离子水进行洗涤；将分离出的沉淀物烘干，制得脱硝材料;
当滴加硝酸铜溶液后，使得制得的脱硝材料中的活性元素铜的质量比例为3~6%。
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