CN115253625B - 一种高效固体脱硝剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于烟气脱硝技术领域，具体公开了一种高效固体脱硝剂及其制备方法。本发明公开的高效固体脱硝剂，包括组分：碳酸铵40～60份、脂肪胺30～40份、碳酸钙10～12份、增效剂10～15份、催化剂2～3份和分散剂2～5份。本发明先将碳酸铵和脂肪胺混合研磨，其他组分共同混合研磨，再将两次研磨产物与特定比例的水混合分散，然后干燥得到高效固体脱硝剂。本发明制备得到的脱硝剂不含有大分子有机物，具有制备成本低，催化效果好、催化效率高的优势。

Description

一种高效固体脱硝剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种高效固体脱硝剂及其制备方法。
背景技术
目前大部分锅炉仍采用传统的选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)对锅炉烟气进行脱硝处理。非催化还原法脱硝率经常不到60％，脱硝效率低，效果差；而选择性催化还原法需要专门的反应器，投资较高，而且空间占用较大，现有的大部分锅炉往往难以满足SCR脱硝系统对占地空间的要求。
高效固体脱硝剂与NOx反应，使NOx排放满足要求，这是一项不同于常规SCR和SNCR的新型技术，适用于水泥厂、电厂以及大部分工业窑炉。这项技术的关键是使用高活性固体脱硝剂，该脱硝剂由含铵基的固体还原剂如碳酸氢铵为主要成分，将该脱硝剂通过气体输送装置喷入高温锅炉烟气中，固体脱硝剂迅速分解并与烟气中的NOx发生还原反应，使NOx还原为氮气而达到脱硝目的。该工艺技术先进，与SNCR和SCR方法相比，具有显著优势。但是现有的高效固体脱硝剂为了提高催化效果，往往会添加一些高分子有机物，部分方案中还含有氯酸盐，这无疑增加了固体脱硝剂的生产成本，而且还存在二次污染或阻塞设备的隐患，降低了固体脱硝剂的竞争力。
因此，如何提供一种高效固体脱硝剂及其制备方法，降低高效固体脱硝剂的制备成本，提高脱硝效果，避免反应生成副产物造成二次污染是本领域亟待解决的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高效固体脱硝剂及其制备方法，以解决现有高效固体脱硝剂需要添加高分子有机物，成本较高，同时存在二次污染或阻塞设备的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效固体脱硝剂，由包括如下质量份数的原料制备得到：碳酸铵40～60份、脂肪胺30～40份、碳酸钙10～12份、增效剂10～15份、催化剂2～3份和分散剂2～5份。
优选的，所述脂肪胺包括甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一丙胺、二丙胺、三丙胺、正丙胺、异丙胺、一丁胺、二丁胺、三丁胺、正丁胺、仲丁胺、异丁胺、叔丁胺、乙二胺中的一种或几种。
优选的，所述增效剂为草酸钠和碳酸氢钠的混合物。
优选的，所述草酸钠和碳酸氢钠的质量比为4～6：3～5。
优选的，所述催化剂包括氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰中的一种或几种。
优选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和/或干淀粉。
优选的，所述干淀粉包括玉米干淀粉或马铃薯干淀粉。
本发明的另一目的是提供一种高效固体脱硝剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将碳酸铵和脂肪胺粉碎，得到第一粉碎产物；将剩余原料混合粉碎，得到第二粉碎产物；
2)将第一粉碎产物、第二粉碎产物和水混合，干燥后得到高效固体脱硝剂。
优选的，所述第一粉碎产物和第二粉碎产物总量与水的质量体积比为10～15g：1～3mL。
优选的，所述第一粉碎产物的粒径为100～140目；第二粉碎产物的粒径为100～140目；所述高效固体脱硝剂的粒径为40～60目。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明添加了特定比例的草酸钠和碳酸氢钠，碳酸氢钠能够与草酸钠起到协同促进作用，进而促使反应生成大量的OH活性基团，利于氨与氮氧化物的反应，提高高效固体脱硝剂的脱硝效果，增大脱硝效率。
2)本发明还公开了分散剂的添加，在高效固体脱硝剂进行脱硝反应的过程中，分散剂会吸水膨胀，使高效固体脱硝剂的孔隙增加或分解为更小的粒径，增大脱硝剂的比表面积，促进脱硝反应的进行。
3)本发明还添加了其他助剂和碳酸钙，可以避免炉内硫酸铵或硫酸氢铵的生成，避免了其对设备的影响，同时也有利于提高脱硝效率。
4)本发明采用的原料便宜易得，成本低廉，制备得到的高效固体脱硝剂具有明显的成本优势，适宜大范围推广应用。
具体实施方式
本发明提供了一种高效固体脱硝剂，由包括如下质量份数的原料制备得到：碳酸铵40～60份、脂肪胺30～40份、碳酸钙10～12份、增效剂10～15份、催化剂2～3份和分散剂2～5份，优选为碳酸铵45～58份、脂肪胺33～38份、碳酸钙10.5～11.5份、增效剂12～14份、催化剂2.2～2.8份和分散剂3～4份，进一步优选为碳酸铵52份、脂肪胺35份、碳酸钙11份、增效剂13份、催化剂2.5份和分散剂4份。
在本发明中，所述脂肪胺包括甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一丙胺、二丙胺、三丙胺、正丙胺、异丙胺、一丁胺、二丁胺、三丁胺、正丁胺、仲丁胺、异丁胺、叔丁胺、乙二胺中的一种或几种。
在本发明中，脂肪胺与碳酸铵能够起到协同脱硝作用，增强脱硝效果。
在本发明中，所述增效剂为草酸钠和碳酸氢钠的混合物。
在本发明中，所述草酸钠和碳酸氢钠的质量比为4～6：3～5，优选为4.5～5.5：3.5～4.5，进一步优选为5：4。
在本发明中，所述催化剂包括氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰中的一种或几种，催化剂优选为氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰，氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰的质量比为30～40：10～15：2～3：2～3，优选为32～38：12～14：2.5：2.5，进一步优选为36：13：2.5：2.5。
在本发明中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和/或干淀粉。
在本发明中，所述干淀粉包括玉米干淀粉或马铃薯干淀粉。
本发明还提供了一种高效固体脱硝剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将碳酸铵和脂肪胺粉碎，得到第一粉碎产物；将剩余原料混合粉碎，得到第二粉碎产物；
2)将第一粉碎产物、第二粉碎产物和水混合，干燥后得到高效固体脱硝剂。
在本发明中，所述第一粉碎产物和第二粉碎产物总量与水的质量体积比为10～15g：1～3mL，优选为11～13g：1.2～2.5mL，进一步优选为12g：2mL。
在本发明中，所述第一粉碎产物的粒径为100～140目，优选为120目；第二粉碎产物的粒径为100～140目，优选为120目。
在本发明中，所述步骤2)干燥后还包括粉碎步骤；所述高效固体脱硝剂的粒径为40～60目，优选为45～50目，进一步优选为50目。
在本发明中，粉碎步骤优选为研磨粉碎。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
称取52份的碳酸铵、18份的甲胺和15份的乙胺混合，进行研磨，得到粒径为140目的研磨产物；然后称取10份碳酸钙、10份草酸钠、5份碳酸氢钠、2份氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰的混合物(氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰的质量比为35：12：2：2)和3份马铃薯干淀粉混合，研磨，得到粒径为120目的研磨产物；最后将两次研磨产物与水混合，两次研磨产物与水的质量体积比为13g：2mL，搅拌均匀，在80℃下干燥，干燥后研磨至50目得到高效固体脱硝剂。
反应条件为：400mg/m3NOx，5％O2，平衡气N2，在烟气流量为500m3/h，温度为900℃时，进行脱硝试验，喷入的脱硝剂将炉膛截面全覆盖，脱硝率为92％，且无二次污染物生成。
实施例2
称取40份的碳酸铵、10份的甲胺、10份二甲胺和10份的一丁胺混合，进行研磨，得到粒径为120目的研磨产物；然后称取11份碳酸钙、7份草酸钠、7份碳酸氢钠、2份氧化钙、1份氧化铁和3份玉米干淀粉混合，研磨，得到粒径为100目的研磨产物；最后将两次研磨产物与水混合，两次研磨产物与水的质量体积比为15g：2mL，搅拌均匀，在90℃下干燥，干燥后研磨至50目得到高效固体脱硝剂。
反应条件为：400mg/m3NOx，5％O2，平衡气N2，在烟气流量为500m3/h，温度为900℃时，进行脱硝试验，喷入的脱硝剂将炉膛截面全覆盖，脱硝率为89％，且无二次污染物生成。
实施例3
称取60份的碳酸铵、40份的甲胺混合，进行研磨，得到粒径为100目的研磨产物；然后称取12份碳酸钙、6份草酸钠、5份碳酸氢钠、3份氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰的混合物(氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰的质量比为40：15：2：2)和5份聚乙烯吡咯烷酮混合，研磨，得到粒径为120目的研磨产物；最后将两次研磨产物与水混合，两次研磨产物与水的质量体积比为13g：2mL，搅拌均匀，在85℃下干燥，干燥后研磨至45目得到高效固体脱硝剂。
反应条件为：400mg/m3NOx，5％O2，平衡气N2，在烟气流量为500m3/h，温度为800℃时，进行脱硝试验，喷入的脱硝剂将炉膛截面全覆盖，脱硝率为90％，且无二次污染物生成。
实施例4
称取55份的碳酸铵、20份的正丙胺和15份的异丁胺混合，进行研磨，得到粒径为120目的研磨产物；然后称取10份碳酸钙、8份草酸钠、6份碳酸氢钠、2份氧化钙、0.6份氧化锌、0.4份二氧化锰和4份的马铃薯干淀粉混合，研磨，得到粒径为120目的研磨产物；最后将两次研磨产物与水混合，两次研磨产物与水的质量体积比为10g：1.5mL，搅拌均匀，在80℃下干燥，干燥后研磨至60目得到高效固体脱硝剂。
反应条件为：400mg/m3NOx，5％O2，平衡气N2，在烟气流量为500m3/h，温度为1200℃时，进行脱硝试验，喷入的脱硝剂将炉膛截面全覆盖，脱硝率为89％，且无二次污染物生成。
通过上述实施例可以看出，本发明公开的高效固体脱硝剂具有较高的脱硝率，且脱硝性能稳定，脱硝过程中不会产生硫酸铵或硫酸氢氨等物质，不会对设备造成影响。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种高效固体脱硝剂，其特征在于，由包括如下质量份数的原料制备得到：碳酸铵40～60份、脂肪胺30～40份、碳酸钙10～12份、增效剂10～15份、催化剂2～3份和分散剂2～5份；
所述增效剂为草酸钠和碳酸氢钠的混合物；
所述草酸钠和碳酸氢钠的质量比为4～6：3～5；
所述催化剂包括氧化钙、氧化铁、氧化锌和二氧化锰中的一种或几种；
所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和/或干淀粉。
2.根据权利要求1所述的一种高效固体脱硝剂，其特征在于，所述脂肪胺包括甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一丙胺、二丙胺、三丙胺、正丙胺、异丙胺、一丁胺、二丁胺、三丁胺、正丁胺、仲丁胺、异丁胺、叔丁胺、乙二胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高效固体脱硝剂，其特征在于，所述干淀粉包括玉米干淀粉或马铃薯干淀粉。
4.权利要求1～3任一项所述的一种高效固体脱硝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将碳酸铵和脂肪胺粉碎，得到第一粉碎产物；将剩余原料混合粉碎，得到第二粉碎产物；
2)将第一粉碎产物、第二粉碎产物和水混合，干燥后得到高效固体脱硝剂。
5.根据权利要求4所述的一种高效固体脱硝剂的制备方法，其特征在于，所述第一粉碎产物和第二粉碎产物总量与水的质量体积比为10～15g：1～3mL。
6.根据权利要求4或5所述的一种高效固体脱硝剂的制备方法，其特征在于，所述第一粉碎产物的粒径为100～140目；第二粉碎产物的粒径为100～140目；所述高效固体脱硝剂的粒径为40～60目。
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