CN113617219A - 一种烟气脱硝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气脱硝剂及其制备方法，属于烟气脱硝技术领域。原料包括：还原剂80‑95份、活性炭粉1‑5份和添加剂1‑5份，并具体公开了还原剂及添加剂的种类。制备方法为：将高分子材料与无机物按照质量配比混合，得到添加剂；将活性炭粉与添加剂混合，得到混合物，然后置于氢气气氛中静置；向静置后的混合物中加入还原剂混合，即得烟气脱硝剂。本发明的烟气脱硝剂能大幅提高SNCR的脱硝率，并能满足不同负荷条件下的脱硝需求，在SNCR烟气脱硝领域具有重要的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别是涉及一种烟气脱硝剂及其制备方法。
背景技术
燃煤电厂和燃煤的中小型锅炉在煤炭燃烧过程中形成大量NOx，导致区域性的大气污染问题非常突出，由于NOx的污染问题，酸雨的类型早已从硫酸型转化为硝酸以及硫酸复合型，针对烟气的脱硝处理极为重要。
目前，针对烟气脱硝处理的措施主要包括：燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝技术处理两种。前者主要是以低NOx燃烧、燃烧优化调整、再燃技术等来控制，后者主要以选择性催化还原(SCR)技术、选择性非催化还原(SNCR)技术、联合烟气脱硝技术等来控制。
固体脱硝剂脱硝，是在炉膛内烟气适当温度窗口均匀喷入固体脱硝还原剂进行脱硝的技术。固体脱硝技术具有以下的优点：脱硝系统的建设为一次性投资，运行费用低，不存在增加系统的压力损失等其他烟气脱硝技术引起的弊端；脱硝系统的设备占地面积小；施工时间短；工艺的整个还原过程都在锅炉内部进行，脱硝效率高，并且不需要另外设立反应器；固体脱硝剂技术不需要对锅炉燃烧设备和受热面进行大的改动，不需要改变锅炉的常规运行方式，对锅炉的主要运行参数影响极小。
SCR(选择性催化还原)是利用还原剂在催化剂作用下有选择性地与烟气中的氮氧化物(NOx)发生化学反应，生成氮气和水的方法。选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下，NH3优先和NOx发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不和烟气中的氧进行氧化反应。采用催化剂时其反应温度可控制在300-400℃下进行，脱硝率可达到90％。现有技术SCR使用脱硝催化剂，改造费用高：如专利CN101829560B-脱硝催化剂，CN102416320B-脱硝催化剂，CN106824173B-一种SCR烟气脱硝催化剂及其制备方法，均采用SCR技术，其制造成本高，工艺复杂。
SNCR(选择性非催化还原)利用还原剂在不需要催化剂的情况下有选择性地与烟气中的氮氧化物(NOx)发生化学反应，生成氮气和水的方法。该方法将含氮药剂在温度区域870～1200℃喷入含NOx的燃烧产物中，发生还原反应，脱除NOx，生成氮气和水。由于在一定温度范围，有氧气的情况下，氮剂对NOx的还原，在所有其他的化学反应中占主导，表现出选择性，因此称之为选择性非催化还原，但脱硝率只有35％-45％。而SNCR相对SCR具有改造费用低的优势，若能够大幅提高SNCR的脱硝率，对于SNCR的推广使用、降低脱硝成本具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气脱硝剂及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，从而大幅提高SNCR的脱硝率，并能满足不同负荷条件下的脱硝需求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种烟气脱硝剂，原料包括以下质量份的组分：
还原剂80-95份、活性炭粉1-5份和添加剂1-5份；
所述还原剂为氨类还原剂；
所述添加剂为高分子材料与无机物按照质量比2-3:1组成的混合物。
进一步地，所述氨类还原剂为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、六亚甲基四胺、硫酸铵、醋酸铵和三聚氰胺中的一种或几种的混合物。
进一步地，所述高分子材料为聚乙烯、聚乙二醇或聚乙烯醇。
进一步地，所述无机物为煤灰或赤泥。
本发明还提供一种上述烟气脱硝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高分子材料与无机物按照质量配比混合，得到添加剂；
(2)将活性炭粉与添加剂混合，得到混合物；
(3)将得到的混合物置于氢气气氛中静置；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入还原剂混合，即得烟气脱硝剂。
进一步地，步骤(2)混合时的搅拌转速为50-100rpm，搅拌时间为10-20min。
进一步地，所述氢气气氛的压力为0.2-0.3Mpa，静置时间为15-18min。
进一步地，步骤(4)混合时的搅拌转速为100-200rpm，搅拌时间为30-60min。
本发明中所用的煤灰、赤泥还可用来自电厂、钢厂和选矿厂的废渣以及废催化剂粉末代替，能取得同等的技术效果。
本发明公开了以下技术效果：
本发明的SNCR脱硝剂以含氨还原剂为基本原料，添加活性炭及添加剂成分，一方面添加的活性炭在炉膛温度条件下具备还原性，可以与氨类还原剂起到协同作用，提高催化剂的还原性；另一方面，添加剂包裹在含氨还原剂的表面，能够减缓含氨还原剂在高温条件下转换为氨的速率，防止转换速率过快造成氨逃逸。
本发明在含氨还原剂表面包覆碳材料和添加剂，能有效避免还原剂在空气里遇水板结和风化对输送效果和运行效果产生的影响，从而保证脱硝剂在不同运行负荷和温度区间(500-1100℃)均能有效的脱除NOx。在炉膛内烟气适当温度窗口均匀喷入本发明的固体脱硝还原剂后，该脱硝还原剂能在炉中迅速分解，与烟气中的NOx反应生成N2和H2O，具有还原性强、脱硝效果好的特点，同时制备工艺简单、制造成本低，在SNCR烟气脱硝领域具有重要的推广应用价值。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
本发明脱硝剂的工作原理：
向温度500℃-1100℃的烟气中喷入本发明烟气脱硝剂，该脱硝剂迅速气化，与烟气充分混合，然后选择性地将烟气中的NOx还原成N2和H2O，从而使烟气中的NOx得以去除。
在炉膛内，使用烟气脱硝剂的主要反应为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O。
实施例1
一种烟气脱硝剂，原料包括以下质量份的组分：
还原剂80份、活性炭粉1份和添加剂5份。
其中，还原剂为尿素，添加剂为聚乙烯与煤灰按照质量比2:1组成的混合物。
烟气脱硝剂的制备方法如下：
(1)将高分子材料与无机物按照质量配比混合均匀，得到添加剂；
(2)将活性炭粉与添加剂混合，在机械搅拌条件下搅拌混合，搅拌转速为50rpm，搅拌10min，得到混合物；
(3)将得到的混合物置于氢气气氛中，0.2Mpa下静置18min；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入还原剂，搅拌均匀，搅拌转速为100rpm，搅拌时间为30min，即得烟气脱硝剂。
实施例2
一种烟气脱硝剂，原料包括以下质量份的组分：
还原剂90份、活性炭粉5份和添加剂4份。
其中，还原剂为碳酸铵与六亚甲基四胺等质量比的混合物；
添加剂为聚乙二醇与赤泥按照质量比3:1组成的混合物。
烟气脱硝剂的制备方法如下：
(1)将高分子材料与无机物按照质量配比混合均匀，得到添加剂；
(2)将活性炭粉与添加剂混合，在机械搅拌条件下搅拌混合，搅拌转速为60rpm，搅拌15min，得到混合物；
(3)将得到的混合物置于氢气气氛中，0.3Mpa下静置15min；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入还原剂，搅拌均匀，搅拌转速为200rpm，搅拌时间为40min，即得烟气脱硝剂。
实施例3
一种烟气脱硝剂，原料包括以下质量份的组分：
还原剂85份、活性炭粉4份和添加剂3份。
其中，还原剂为三聚氰胺，添加剂为聚乙烯醇与赤泥按照质量比2:1组成的混合物。
烟气脱硝剂的制备方法如下：
(1)将高分子材料与无机物按照质量配比混合均匀，得到添加剂；
(2)将活性炭粉与添加剂混合，在机械搅拌条件下搅拌混合，搅拌转速为80rpm，搅拌20min，得到混合物；
(3)将得到的混合物置于氢气气氛中，0.25Mpa下静置16min；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入还原剂，搅拌均匀，搅拌转速为150rpm，搅拌时间为50min，即得烟气脱硝剂。
实施例4
一种烟气脱硝剂，原料包括以下质量份的组分：
还原剂95份、活性炭粉3份和添加剂1份。
其中，还原剂为尿素、碳酸铵与三聚氰胺质量比1:2:1的混合物；
添加剂为聚乙烯醇与煤灰按照质量比3:1组成的混合物。
烟气脱硝剂的制备方法如下：
(1)将高分子材料与无机物按照质量配比混合均匀，得到添加剂；
(2)将活性炭粉与添加剂混合，在机械搅拌条件下搅拌混合，搅拌转速为100rpm，搅拌18min，得到混合物；
(3)将得到的混合物置于氢气气氛中，0.3Mpa下静置17min；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入还原剂，搅拌均匀，搅拌转速为180rpm，搅拌时间为60min，即得烟气脱硝剂。
对比例1
同实施例1，不同之处仅在于不添加活性炭粉。
对比例2
同实施例1，不同之处仅在于不添加添加剂。
对比例3
不添加活性炭粉及添加剂，直接将尿素作为脱硝剂。
对比例4
同实施例1，不同之处仅在于不进行步骤(3)的氢气处理过程。
将上述烟气脱硝剂用于某垃圾焚烧炉的烟气脱硝，其不做处理的情况下，烟气排放中氮氧化物的浓度为400-500mg/Nm3，平均值在450mg/Nm3，炉膛上部的温度在500-1100℃，排放口处的颗粒浓度一般在85-90mg/Nm3，对实施例1-4及对比例1-4脱硝剂的脱硝性能进行检测，脱硝的温度依次为500℃、800℃、950℃、1050℃、1100℃，检测结果如表1所示：
表1
针对某燃煤锅炉，考察机组在不同负荷下的运行工况，测定不同负荷条件下的实施例1-4制备的脱硝剂的脱硝效率，结果见表2。
表2
由表1的检测结果可以看出，采用本发明的烟气脱硝剂用于烟气脱硝，可大幅降低烟气中的氮氧化物含量，在500℃-1100℃条件下的脱硝能力优异，同时，在降低烟气中的颗粒物浓度方面也具有较好表现。
表2结果显示，本发明的烟气脱硝剂在不同的负荷条件下，脱硝效率均能保持在90％以上，没有出现由于负荷的大幅度变化而导致的脱硝效率大幅波动，表明本发明的烟气脱硝剂对负荷变化不敏感。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种烟气脱硝剂，其特征在于，原料包括以下质量份的组分：
还原剂80-95份、活性炭粉1-5份和添加剂1-5份；
所述还原剂为氨类还原剂；
所述添加剂为高分子材料与无机物按照质量比2-3:1组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于，所述氨类还原剂为尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、六亚甲基四胺、硫酸铵、醋酸铵和三聚氰胺中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于，所述高分子材料为聚乙烯、聚乙二醇或聚乙烯醇。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝剂，其特征在于，所述无机物为煤灰或赤泥。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的烟气脱硝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高分子材料与无机物按照质量配比混合，得到添加剂；
(2)将活性炭粉与添加剂混合，得到混合物；
(3)将得到的混合物置于氢气气氛中静置；
(4)向步骤(3)得到的混合物中加入还原剂混合，即得烟气脱硝剂。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)混合时的搅拌转速为50-100rpm，搅拌时间为10-20min。
7.根据权利要求5所述的烟气脱硝剂的制备方法，其特征在于，所述氢气气氛的压力为0.2-0.3Mpa，静置时间为15-18min。
8.根据权利要求5所述的烟气脱硝剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)混合时的搅拌转速为100-200rpm，搅拌时间为30-60min。
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