CN113083318B - 一种芬顿铁泥制备scr脱硝催化剂系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统及工艺。采用载体流化床和梭式窑为干燥煅烧设备制备SCR脱硝催化剂，梭式窑的烟气出口与载体流化床干燥机连接，且载体流化床干燥机尾气返回梭式窑再利用。本发明采用芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂，将梭式窑尾气用作湿芬顿铁泥干燥的热源，干燥尾气大部分回用，使系统热效率大大提高，同时缓解芬顿铁泥堆积和燃煤烟气NOx排放两大环境问题。
Description
技术领域
本发明公布了一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统及工艺，用于芬顿铁泥提质。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
芬顿催化氧化技术是国内外污水处理领域应用比较广泛的一种高级氧化技术，具有反应迅速、条件温和、适用范围广等特点，被广泛应用于有毒有害、难以生物降解的工业有机废水的处理中。但芬顿反应会生成大量含铁污泥，属于危险固体废弃物，需要进行单独回收和处理，较高的铁泥处理成本限制了芬顿技术的推广与发展。常用的芬顿铁泥处理方法有：煅烧生产水泥、干燥后炼铁、生产Fe2O3颜料、酸溶法制硫酸铁、制备脱硫剂、陶粒等，这些方法可资源化利用芬顿铁泥，但由于芬顿铁泥中含有的重金属种类较多，会使得产品质量得不到保证，且回收成本较高，不便于大规模生产推广。因此，芬顿铁泥的低成本回收再利用正是降低芬顿反应运行成本的关键。
目前，火电机组基本参与调峰，这就造成了锅炉经常会运行在低负荷段，而锅炉在低负荷阶段运行时，省煤器出口烟气的温度低于300℃，而目前传统商业V2O5/WO3-TiO2催化剂工作温度约在300～420℃之间，因此不能满足排放烟气温度在300℃以下脱硝的需求，若采用再加热后脱硝的工艺，则会导致能源消耗增大。近几十年来，学界研究了一系列以非钒基金属氧化物为活性组分的SCR催化剂，力求取代传统的钒钛类催化剂。在常见金属氧化物催化剂中，铁基氧化物具有良好的SCR脱硝活性和抗水性能，且相比钒钛系催化剂，铁基催化剂凭借其价格低廉，来源广泛、无二次污染及废弃催化剂易处理等突出优势，具备替代钒钛系催化剂的潜质与趋势。
芬顿铁泥中含有大量FeOOH(FeOOH高温(大于400℃)下热解即可生成Fe2O3)、Fe2O3以及少量Si、Al、Mn、Cr、Co等元素，如果以芬顿铁泥为原材料制作SCR催化剂，其中Fe2O3是铁基脱硝催化活性成分，有机质可以作为造孔剂，SiO2和Al2O3可应用于催化剂载体，Mn、Cr、Co等可用作助剂以提高所得催化剂的SCR脱硝性能。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统及工艺，既可有效解决芬顿铁泥的处置问题，使铁资源得到有效的利用，还可有效规避现有钒钛系催化剂的二次污染问题，满足火电机组深度调峰工况下的宽温度窗口脱硝所需。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统，包括：料仓Ⅰ、载体流化床干燥机、除尘装置、湿法脱硫脱硝装置、料仓II、混料机、真空挤出机、梭式窑、切割机、模块区、燃烧器；所述料仓Ⅰ、载体流化床干燥机、除尘装置、湿法脱硫脱硝装置依次相连；所述除尘装置的除尘口、载体流化床干燥机出料口分别与料仓II的进料口相连，所述料仓II与混料机、真空挤出机、梭式窑、切割机、模块区依次相连，所述燃烧器的烟气出口与梭式窑气体进口相连，梭式窑的尾气出口与载体流化床干燥机的烟气进口相连接。
本发明的第二个方面，提供了一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的方法，包括：
将芬顿铁泥进行干燥，与造孔剂、粘结剂、助剂及除尘装置收集的干粉混合，挤出蜂窝状样品；
将所述蜂窝状样品进行煅烧、切割，输送至模块区；
煅烧产生的尾气作为热源和载气用于干燥芬顿铁泥。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统在废物资源化利用和材料领域的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)将梭式窑作为SCR催化剂干燥煅烧的主要设备，具有结构紧凑，占地面积小，操作简单等优点，大型梭式窑的投资要比相同产量的中、小型隧道窑低。
(2)将载体流化床干燥机作为芬顿铁泥干燥的主要设备，该干燥机集干燥、粉碎于一体，简化了生产工艺，设备结构合理，运行可靠，造价低。
(3)采用梭式窑和载体流化床干燥机串联工艺，将煅烧完的烟气作为湿芬顿铁泥干燥的热源，并将干燥尾气大部分回用，使得系统热效率大大提高，减少了能源消耗和环境污染。
(4)将芬顿铁泥用于SCR脱硝催化剂生产，可实现其高附加值利用，规避现有钒钛系催化剂的二次污染问题，同时满足火电机组深度调峰工况下的宽温度窗口脱硝所需，同时缓解芬顿铁泥堆积和燃煤烟气NOx排放两大环境问题。
(5)本申请的结构简单、成本低、具有普适性，易于规模化生产。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明具体实施例的工艺流程图。
其中，1.料仓Ⅰ，2.污泥泵，3.载体流化床干燥机，4.载体流化床干燥机除尘装置，5.湿法脱硫脱硝装置，6.料仓II，7.螺旋输送机，8.强力混料机，9.真空挤出机，10.梭式窑，11.切割机，12.模块区，13.燃烧器，19.加热器(用来调节进气温度)，20.第一除尘装置。
图2为梭式窑烧嘴布置图。
图3为梭式窑膨胀缝示意图。
图4为载体流化床干燥机结构示意图。
其中，11.进风管；12.进风室；13.布风板；14.载体；15.干燥室；16.破碎装置；17.进料螺旋；18.沉降室。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统及工艺，芬顿铁泥仓出料口与载体流化床干燥机进料口连接，载体流化床干燥机出料口与强力混料机进料口连接，强力混料机出料口与真空挤出机进料口连接，真空挤出机出料口与梭式窑进料口连接，梭式窑出料口与切割机连接，切割机与模块区连接；
由于脱硝催化剂模块是易碎品，采用普通包装容易碰撞产生破碎；采用单根包装，单件产品小、总数量多造成清点不便；安装时需拆除包装箱再集中放置在容器中，安装作业繁琐，工艺流程复杂。因此，本发明在模块区将多根催化剂模块集中放置在容器中，然后再将容器安装到反应器中，这样做的目的就是便于现场安装，换催化剂时也可缩短催化剂从反应器中搬出的时间。
梭式窑的烟气出口与载体流化床干燥机连接，载体流化床干燥机尾气出口一路与梭式窑的烟气出口连接后送回载体流化床干燥机的烟气进口，另一路与湿法脱硫脱硝装置连接。
所述载体流化床干燥机设置内置破碎装置和产品分级装置，强化干燥过程中的粉碎效果，提高普通载体流化床的干燥强度，降低床层压力。
所述载体流化床干燥机安装在梭式窑之后最近的地方，保证进入载体流化床干燥机的烟气温度不低于350℃。
所述载体流化床干燥机进料口通过污泥泵与铁泥仓出料口连接；载体流化床干燥机出料口以及旋风除尘器收集的物料通过料仓、螺旋输送机与强力混料机进料口连接。
所述梭式窑选用高温调速烧嘴，设置在梭式窑的偏上部半窑车位处，两层立体交错式布置在窑墙上，两侧墙设置喷出高温烟气为750～900℃，梭式窑出口烟气温度为550～600℃。
烧嘴砖为粘土质异型砖，靠炉内两拱中心角为180度，外侧拱中心角为直角，三层拱呈阶梯形，烧嘴砖可以从外层供取出，便于更换。烧嘴处拱下面的底为活底，底砖可换。
窑墙、窑顶窑炉砌筑时用轻质泡沫隔热砖作为内衬，硅酸铝耐火纤维毡作为外层，窑具材料为棚板。轻质泡沫隔热砖每米砌体的膨胀缝为5-6mm/m，膨胀缝避开受力部位和骨架，窑墙膨胀缝内层与外层之间留成锯齿形，上下层之间留成锁口形式，以获得更优的密封效果。窑顶膨胀缝为错开的多层拱顶膨胀缝，最上层压一层砖保证密封。
一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，它将芬顿铁泥用于生产SCR脱硝催化剂，具体步骤如下：
(1)芬顿铁泥经污泥泵输送至载体流化床干燥机，干燥至要求的水分后，由载体流化床干燥机尾部的出料口排出，与造孔剂、粘结剂、助剂及除尘装置收集的干粉一起输送至强力混料机进料口；
(2)芬顿铁泥干粉、活性炭、瓜尔胶、玻璃纤维及硝酸铈等在强力混料机内快速混合后，输送至真空挤出机，挤出后的蜂窝状样品进入梭式窑干燥煅烧冷却，再经过切割机切割后，输送至模块区；
(3)燃烧器中燃料燃烧后产生的烟气进入梭式窑干燥煅烧蜂窝式芬顿铁泥基SCR催化剂，煅烧后尾气引入载体流化床干燥机作为湿芬顿铁泥干燥的热源和载气，干燥尾气一路与梭式窑的出口烟气一起混合调节后，再次返回载体流化床干燥机干燥湿芬顿铁泥，另一路进入湿法烟气脱硫脱硝装置内，经净化后排放。
所述步骤(1)中，所述载体流化床干燥机内载体为按一定比例混的粒径为2～6mm的玻璃球，流化速度为3～9米/秒。
所述步骤(2)中，所述梭式窑升温程序为：以210℃/h的升温速度将温度升至150～200℃，保温3～5小时，然后再次以210℃/h的升温速度将温度升至500～600℃，保温1～2小时后自然降温至室温。
所述步骤(2)中，所述梭式窑中物料温度控制在500～600℃。
所述步骤(2)中，所述粘结剂是瓜尔胶,粘结剂的添加量为芬顿铁泥质量的5～30％。
所述步骤(2)中，所述助剂是硝酸铈，Ce与芬顿铁泥中Fe摩尔比为1:24～1:6。
所述步骤(3)中，所述梭式窑高速等温烧嘴采用高低错落布置，喷出高温烟气为750～900℃，梭式窑出口烟气温度为550～600℃。
所述步骤(3)中，载体流化床干燥机内通入的烟气温度为500～600℃，出口烟气温度为150～180℃。
所述步骤(3)中，所述载体流化床干燥机尾气中60～90％的烟气循环利用，10～40％的烟气除尘后进入湿法脱硫脱硝装置。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：
图1中，一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统及工艺，料仓Ⅰ1出口经污泥泵2与载体流化床干燥机3进料口连接，载体流化床干燥机3出料口与料仓II6进料口连接，料仓II6的出料口经螺旋输送机7与强力混料机8进料口连接，强力混料机8出料口与真空挤出机9进料口连接，真空挤出机9出料口与梭式窑10进料口连接，梭式窑10出料口与切割机11连接，切割机11与模块区12连接。
燃烧器13的烟气出口与梭式窑10连接，梭式窑10的尾气出口与载体流化床干燥机3的烟气进口相连接，载体流化床干燥机3产生的尾气一路与梭式窑10的出口烟气混合调节后，再次返回载体流化床干燥机3内干燥湿芬顿铁泥，另一路进入湿法烟气脱硫脱硝装置5内，经过净化后排放。
载体流化床干燥机3出料口排出的芬顿铁泥与载体流化床干燥机除尘装置4收集的干粉与造孔剂(活性炭)、粘结剂(瓜尔胶)、助剂(硝酸铈)等试剂共同加入料仓II6中，螺旋输送机7将物料由料仓II6的出料口运送至强力混料机8内，快速混合后物料再由强力混料机8的出料口运送至真空挤出机9的进料口。
载体流化床干燥机3安装在梭式窑10之后最近的地方，以保证进入载体流化床干燥机的烟气温度不低于350℃。载体流化床干燥机3进出口前应加置膨胀节，密封结构为“气流密封”，密封内无易损件。
本发明的具体实施步骤如下：
(1)含水80％左右的芬顿铁泥由污泥泵2输送至载体流化床干燥机3，在载体流化床干燥机3内载体粒子被热风加热并达到流化状态，热风和载体的加热和反复碰撞使芬顿铁泥颗粒由粗变细，最后，干燥的、粒径合格的物料被热风气流带出干燥机，经载体流化床干燥机除尘装置4收尘收集输送至料仓II6中，螺旋输送机7将物料由料仓II6的出料口运送至强力混料机8的进料口，在强力混料机8内快速混合后，物料被运送至真空挤出机9的进料口。
同时，载体流化床干燥机3内的烟气经除尘后，大部分与梭式窑10产生的尾气相混合，而后再次返回载体流化床干燥机3内作为湿芬顿铁泥干燥的热源和载气，小部分进入湿法烟气脱硫脱硝装置5内，经净化后排放。
载体流化床干燥机除尘装置4收集的干粉与造孔剂(活性炭)、粘结剂(瓜尔胶)、助剂(硝酸铈)等试剂共同加入料仓II6中，螺旋输送机7将物料由料仓II6的出料口运送至强力混料机，经过强力混合后的物料由真空挤出机9进料口的卸料阀落入机内，在搅拌槽内进行充分的搅拌混合、均化、挤出成型，然后由真空挤出机9的出料口输送至窑车，由窑车运至梭式窑10内进行干燥、煅烧、冷却制得SCR脱硝催化剂，最后经过切割机11切割成型后输送至模块区12。
同时，梭式窑中燃烧器产生的烟气由高低错落布置的高速等温烧嘴喷出，使窑内气流强烈地旋转，对流换热效果好，升温、降温速度快，SCR催化剂烧成时间短，煅烧后的尾气与载体流化床干燥机3的尾气相混合后再次引入载体流化床干燥机3内作为湿芬顿铁泥干燥的热源和载气。
实施例2
一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂系统，包括：料仓Ⅰ1、载体流化床干燥机3、除尘装置4、19、湿法脱硫脱硝装置5、料仓II6、混料机8、真空挤出机9、梭式窑10、切割机11、模块区12、燃烧器13；所述料仓Ⅰ1、载体流化床干燥机3、除尘装置4、19、湿法脱硫脱硝装置5依次相连；所述除尘装置4、19的除尘口、载体流化床干燥机3出料口分别与料仓II6的进料口相连，所述料仓II6与混料机8、真空挤出机9、梭式窑10、切割机11、模块区12依次相连，所述燃烧器13的烟气出口与梭式窑10气体进口相连，梭式窑10的尾气出口与载体流化床干燥机3的烟气进口相连接。
在一些优选实施例中，所述料仓Ⅰ1和载体流化床干燥机3之间设置有污泥泵2。
在一些优选实施例中，料仓II6与混料机8之间设置有螺旋输送机7。
在一些优选实施例中，所述载体流化床干燥机3为中空的塔式结构，由下到上依次为进风室12、干燥室15、沉降室18。
在一些优选实施例中，所述进风室12一侧设置有进风口(管)11，
在一些优选实施例中，所述进风室12与干燥室15之间设置有布风板13，
在一些优选实施例中，所述干燥室15的底部设置有载体14，
在一些优选实施例中，所述沉降室18一侧设置有进料螺旋17，进料螺旋17的下方设置有破碎装置16。
在一些优选实施例中，所述梭式窑10的烧嘴高低错位设置。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (13)
1.一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，将芬顿铁泥用于生产SCR脱硝催化剂，具体步骤如下：
（1）芬顿铁泥经污泥泵输送至载体流化床干燥机，干燥至要求的水分后，由载体流化床干燥机尾部的出料口排出，与造孔剂、粘结剂、助剂及除尘装置收集的干粉一起输送至强力混料机进料口；
（2）芬顿铁泥干粉、造孔剂、粘结剂及助剂在强力混料机内快速混合后，输送至真空挤出机，挤出后的蜂窝状样品进入梭式窑干燥煅烧冷却，再经过切割机切割后，输送至模块区；
（3）燃烧器中燃料燃烧后产生的烟气进入梭式窑干燥煅烧蜂窝式芬顿铁泥基SCR催化剂，煅烧后尾气引入载体流化床干燥机作为湿芬顿铁泥干燥的热源和载气，干燥尾气一路与梭式窑的出口烟气一起混合调节后，再次返回载体流化床干燥机干燥湿芬顿铁泥，另一路进入湿法烟气脱硫脱硝装置内，经净化后排放；
其中，步骤（2）中，所述梭式窑升温程序为：以210℃/h的升温速度将温度升至150～200℃，保温 3～5小时，然后再次以210℃/h的升温速度将温度升至500～600℃，保温1～2小时后自然降温至室温；
步骤（2）中，所述梭式窑中物料温度控制在500～600℃；
步骤（2）中，所述造孔剂是活性炭；
步骤（2）中，所述粘结剂是瓜尔胶，粘结剂的添加量为芬顿铁泥质量的5～30％；
所述步骤（2）中，所述助剂是硝酸铈，Ce与芬顿铁泥中 Fe 摩尔比为1:24～1:6。
2.如权利要求1所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，
步骤（1）中，所述载体流化床干燥机内载体为按一定比例混的粒径为2～6mm的玻璃球，流化速度为3～9米/秒。
3.如权利要求1所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述梭式窑高速等温烧嘴采用高低错落布置，喷出高温烟气为750～900℃，梭式窑出口烟气温度为550～600℃。
4.如权利要求1所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，
步骤（3）中，载体流化床干燥机内通入的烟气温度为500～600℃，出口烟气温度为150～180℃。
5.如权利要求1所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述载体流化床干燥机尾气中60～90%的烟气循环利用，10～40%的烟气除尘后进入湿法脱硫脱硝装置。
6.如权利要求1所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，使用装置为芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂装置，所述装置包括：料仓Ⅰ、载体流化床干燥机、除尘装置、湿法脱硫脱硝装置、料仓II、混料机、真空挤出机、梭式窑、切割机、模块区、燃烧器；所述料仓Ⅰ、载体流化床干燥机、除尘装置、湿法脱硫脱硝装置依次相连；所述除尘装置的除尘口、载体流化床干燥机出料口分别与料仓II的进料口相连，所述料仓II与混料机、真空挤出机、梭式窑、切割机、模块区依次相连，所述燃烧器的烟气出口与梭式窑气体进口相连，梭式窑的尾气出口与载体流化床干燥机的烟气进口相连接，载体流化床干燥机尾气出口一路与梭式窑的烟气出口连接后送回载体流化床干燥机的烟气进口，另一路与湿法脱硫脱硝装置连接；所述装置的使用方法包括：将芬顿铁泥进行干燥，与造孔剂、粘结剂、助剂及除尘装置收集的干粉混合，挤出蜂窝状样品；将所述蜂窝状样品进行煅烧、切割，输送至模块区；煅烧产生的尾气作为热源和载气用于干燥芬顿铁泥；
所述造孔剂为活性炭，
粘结剂是瓜尔胶，
所述助剂是硝酸铈；铈Ce与芬顿铁泥中铁Fe摩尔比为1:24～1:6。
7.如权利要求6所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，所述料仓Ⅰ和载体流化床干燥机之间设置有污泥泵。
8.如权利要求6所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，料仓II与与混料机之间设置有螺旋输送机。
9.如权利要求6所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，所述载体流化床干燥机为中空的塔式结构，由下到上依次为进风室、干燥室、沉降室。
10.如权利要求9所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，所述进风室一侧设置有进风口，所述进风室与干燥室之间设置有布风板，所述干燥室的底部设置有载体，所述沉降室一侧设置有进料螺旋，进料螺旋的下方设置有破碎装置。
11.如权利要求6所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，所述梭式窑的烧嘴高低错位设置。
12.如权利要求6所述的一种芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺，其特征在于，所述制备方法中，部分干燥尾气与煅烧产生的尾气混合用于干燥芬顿铁泥，部分进行脱硫脱硝处理后外排。
13.权利要求1-12任一项所述的芬顿铁泥制备SCR脱硝催化剂的工艺在废物资源化利用和材料领域的应用。
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