CN116510510B - 一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及脱硝工艺领域，尤其涉及一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺：将电加热组件安装在脱硝反应器中，并放入还原剂、载铜铂介孔碳，再通入含氮氧化物烟气，并启动电加热组件，在加热过程中，进行脱硝反应。本发明脱硝工艺通过电加热辅助催化剂还原NOx，将NOx转化为氮气和水，达到高效脱硝的目的，绿色环保，同时在脱硝过程中，利用电加热方式提高还原剂和催化剂的活性，大幅度提高脱硝效率，并实现对催化剂进行再生，提高催化剂利用率，从而实现节能的效果；此外，采用电加热辅助的方式，利用电能将含氮氧化物烟气加热至一定温度，加速了烟气的布朗运动，进而提高还原剂与烟气的有效碰撞，进而有效提高脱硝效率速率。
Description
技术领域
本发明涉及脱硝工艺领域，尤其涉及一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺。
背景技术
SCR脱硝是选择性催化还原脱硝技术，亦称氨催化还原脱硝，通过在催化剂上游向烟气中注入氨气、氨水或其他合适的还原剂，利用催化剂(铁、钒、铬、钴或钼等碱金属)在200-450℃将烟气中的NOx转化为氮气和水，具有脱硝温度低、脱硝效率高等优点。但是，传统的SCR脱硝存在以下缺陷：(1)烟气成分复杂，部分污染物可使催化剂中毒；(2)高分散度的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面，使其活性下降；(3)脱硝系统中存在一些未反应的NH3和烟气中的SO2作用,生成易腐蚀和堵塞设各的硫酸氨(NH4)2SO4和硫酸氢氨NH4HSO4，同时还会降低氨的利用率。因此，如何提供一种更加高效节能的脱硝工艺是亟待解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺。
基于上述目的，本发明提供了一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺：将电加热组件安装在脱硝反应器中，并放入还原剂、载铜铂介孔碳，再通入含氮氧化物烟气，并启动电加热组件，在加热过程中，进行脱硝反应。
进一步地，所述电加热组件为半封闭式电热元件、管状电热元件、电热板中的一种。
进一步地，所述还原剂为浓氨水、尿素、甲醇中的一种。
进一步地，所述载铜铂介孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加70-80wt％浓硫酸，搅拌处理10-15min，再加入去离子水，继续搅拌处理20-30min，在超声波辅助作用下，85-95℃水浴回流6-12h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于180-220℃水热反应12-18h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入氯铂酸溶液中，再加入铜源，搅拌溶解后，再滴加硼氢化钠水溶液，50-60℃搅拌反应3-6h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，300-400℃煅烧3-6h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳。
进一步地，所述氯铂酸溶液浓度为0.1-0.5M。
进一步地，所述铜源包括硫酸铜、氯化铜、乙酸铜中的一种或多种。
进一步地，所述硼氢化钠水溶液的质量浓度为3-5％。
进一步地，所述木糖渣、70-80wt％浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、氯铂酸溶液、铜源、硼氢化钠水溶液的质量比为1：(0.2-0.3)：(10-15)：(0.1-0.2)：(2.5-5)：(0.1-0.15)：(5-10)。
进一步地，所述还原剂、载铜铂介孔碳的质量比为(7.5-10)：1。
进一步地，所述含氮氧化物烟气的通入速率为2.5-3.5L/min。
本发明的有益效果：
相比于传统的SCR脱硝工艺，本发明脱硝工艺通过电加热辅助催化剂还原NOx，将NOx转化为氮气和水，达到高效脱硝的目的，绿色环保，同时在脱硝过程中，利用电加热方式提高还原剂和催化剂的活性，大幅度提高脱硝效率，并实现对催化剂进行再生，提高催化剂利用率，从而实现节能的效果；此外，采用电加热辅助的方式，利用电能将含氮氧化物烟气加热至一定温度，加速了烟气的布朗运动，进而提高还原剂与烟气的有效碰撞，进而有效提高脱硝效率速率。
本发明首次以木糖渣为碳源水热制取纳米铜铂负载掺杂有序介孔碳，应用于含氮氧化物的催化还原，显著提高脱硝反应速率，并为木糖渣的资源化利用提供了新思路。
本发明预先用浓硫酸预处理木糖渣粉末，在此过程，浓硫酸一方面使木糖渣粉末外表面碳化，另一方面，表面微碳化处理也提高了木糖渣粉末的渗透效率，在后续加水形成稀硫酸的酸性条件下，水浴回流会使木糖渣粉末发生木质素和纤维素的部分水解，同时，利用超声波的空化作用对纤维素长链进行断裂，进一步加强水解作用，提高木糖渣水解悬液中可溶性糖的含量。在后续水热反应过程中，在结构导向剂三嵌段共聚物F127的诱导下，木糖渣水解悬液以水解后木糖渣为内核碳源、以可溶性糖为外壳碳源，自发形成核-壳结构碳球；并利用氯铂酸、铜源对其进行进一步处理，经硼氢化钠还原处理及煅烧处理，制得载铜铂介孔碳，该载铜铂介孔碳作为脱硝催化剂，有效提高含氮氧化物烟气的选择性脱硝净化效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺工作示意图；
图2为本发明载铜铂介孔碳的制备方法流程图；
图1中各标号为：1-脱硝反应器，2-电加热组件，3-还原剂，4-载铜铂介孔碳。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供了一实施例的基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺：将电加热组件安装在脱硝反应器中，并放入还原剂、载铜铂介孔碳，控制还原剂、载铜铂介孔碳的质量比为(7.5-10)：1，再以2.5-3.5L/min的速率通入含氮氧化物烟气，并启动电加热组件，在加热过程中，进行脱硝反应；
所述电加热组件为半封闭式电热元件、管状电热元件、电热板中的一种；
所述还原剂为浓氨水、尿素、甲醇中的一种；
所述载铜铂介孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加70-80wt％浓硫酸，搅拌处理10-15min，再加入去离子水，继续搅拌处理20-30min，在超声波辅助作用下，85-95℃水浴回流6-12h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于180-220℃水热反应12-18h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入0.1-0.5M氯铂酸溶液中，再加入铜源，搅拌溶解后，再滴加3-5wt％硼氢化钠水溶液，50-60℃搅拌反应3-6h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，300-400℃煅烧3-6h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳；所述铜源包括硫酸铜、氯化铜、乙酸铜中的一种或多种；所述木糖渣、70-80wt％浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、氯铂酸溶液、铜源、硼氢化钠水溶液的质量比为1：(0.2-0.3)：(10-15)：(0.1-0.2)：(2.5-5)：(0.1-0.15)：(5-10)。
相比于传统的SCR脱硝工艺，该实施例脱硝工艺通过电加热辅助催化剂还原NOx，将NOx转化为氮气和水，达到高效脱硝的目的，绿色环保，同时在脱硝过程中，利用电加热方式提高还原剂和催化剂的活性，大幅度提高脱硝效率，并实现对催化剂进行再生，提高催化剂利用率，从而实现节能的效果；此外，采用电加热辅助的方式，利用电能将含氮氧化物烟气加热至一定温度，加速了烟气的布朗运动，进而提高还原剂与烟气的有效碰撞，进而有效提高脱硝效率速率。
该实施例首次以木糖渣为碳源水热制取纳米铜铂负载掺杂有序介孔碳，应用于含氮氧化物的催化还原，显著提高脱硝反应速率，并为木糖渣的资源化利用提供了新思路。
该实施例预先用浓硫酸预处理木糖渣粉末，在此过程，浓硫酸一方面使木糖渣粉末外表面碳化，另一方面，表面微碳化处理也提高了木糖渣粉末的渗透效率，在后续加水形成稀硫酸的酸性条件下，水浴回流会使木糖渣粉末发生木质素和纤维素的部分水解，同时，利用超声波的空化作用对纤维素长链进行断裂，进一步加强水解作用，提高木糖渣水解悬液中可溶性糖的含量。在后续水热反应过程中，在结构导向剂三嵌段共聚物F127的诱导下，木糖渣水解悬液以水解后木糖渣为内核碳源、以可溶性糖为外壳碳源，自发形成核-壳结构碳球；并利用氯铂酸、铜源对其进行进一步处理，经硼氢化钠还原处理及煅烧处理，制得载铜铂介孔碳，该载铜铂介孔碳作为脱硝催化剂，有效提高含氮氧化物烟气的选择性脱硝净化效率。
实施例1
一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺：将半封闭式电热元件安装在脱硝反应器中，并放入25wt％浓氨水、载铜铂介孔碳，控制25wt％浓氨水、载铜铂介孔碳的质量比为7.5：1，再以2.5L/min的速率通入含1000mg/m3氮氧化物烟气，并启动半封闭式电热元件，在加热过程中，进行脱硝反应；
所述载铜铂介孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加70wt％浓硫酸，搅拌处理10min，再加入去离子水，继续搅拌处理200min，在超声波辅助作用下，85℃水浴回流6h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于180℃水热反应12h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入0.1M氯铂酸溶液中，再加入硫酸铜，搅拌溶解后，再滴加3wt％硼氢化钠水溶液，50℃搅拌反应3h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，300℃煅烧3h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳；所述木糖渣、70wt％浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、0.1M氯铂酸溶液、硫酸铜、3wt％硼氢化钠水溶液的质量比为1：0.2：10：0.1：2.5：0.1：5。
实施例2
一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺：将管状电热元件安装在脱硝反应器中，并放入甲醇、载铜铂介孔碳，控制甲醇、载铜铂介孔碳的质量比为8.5：1，再以3L/min的速率通入含1000mg/m3氮氧化物烟气，并启动管状电热元件，在加热过程中，进行脱硝反应；
所述载铜铂介孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加75wt％浓硫酸，搅拌处理12.5min，再加入去离子水，继续搅拌处理25min，在超声波辅助作用下，90℃水浴回流10h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于200℃水热反应15h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入0.3M氯铂酸溶液中，再加入氯化铜，搅拌溶解后，再滴加4wt％硼氢化钠水溶液，55℃搅拌反应4.5h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，350℃煅烧5h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳；所述木糖渣、75wt％浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、氯铂酸溶液、氯化铜、硼氢化钠水溶液的质量比为1：0.25：12.5：0.15：4：0.1：7.5。
实施例3
一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺：将电热板安装在脱硝反应器中，并放入甲醇、载铜铂介孔碳，控制甲醇、载铜铂介孔碳的质量比为10：1，再以3.5L/min的速率通入含1000mg/m3氮氧化物烟气，并启动电热板，在加热过程中，进行脱硝反应；
所述载铜铂介孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加80wt％浓硫酸，搅拌处理15min，再加入去离子水，继续搅拌处理30min，在超声波辅助作用下，95℃水浴回流12h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于220℃水热反应18h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入0.5M氯铂酸溶液中，再加入乙酸铜，搅拌溶解后，再滴加5wt％硼氢化钠水溶液，60℃搅拌反应6h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，400℃煅烧6h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳；所述木糖渣、80wt％浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、氯铂酸溶液、乙酸铜、硼氢化钠水溶液的质量比为1：0.3：15：0.2：5：0.15：10。
对比例1与实施例1相同，区别在于：在脱硝工艺过程中，不启动半封闭式电热元件，即在25℃室温下进行脱硝反应。
对比例2与实施例1相同，区别在于：在脱硝工艺过程中，不添加载铜铂介孔碳。
对比例3与实施例1相同，区别在于：在脱硝工艺过程中，以载铜介孔碳代替实施例1中的载铜铂介孔碳，该载铜介孔碳制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加70wt％浓硫酸，搅拌处理10min，再加入去离子水，继续搅拌处理20min，在超声波辅助作用下，85℃水浴回流6h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于180℃水热反应12h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入0.1M硫酸铜溶液中，再加入硫酸铜，搅拌溶解后，再滴加3wt％硼氢化钠水溶液，50℃搅拌反应3h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，300℃煅烧3h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳；所述木糖渣、70wt％浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、0.1M硫酸铜溶液、硫酸铜、3wt％硼氢化钠水溶液的质量比为1：0.2：10：0.1：2.5：0.1：5。
对比例4与实施例1相同，区别在于：在载铜铂介孔碳制备过程中，未采用70wt％浓硫酸预处理，该载铜铂介孔碳，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，加入去离子水，搅拌处理10min，再滴加70wt％浓硫酸，继续搅拌处理20min，在超声波辅助作用下，85℃水浴回流6h，得木糖渣水解悬液；
A2.同实施例1；
A3.同实施例1。
对实施例1-3及对比例1-4脱硝处理后的烟气进行分析，测出处理后的氮氧化物含量C1，根据公式100％*(1000-C1)/C1计算脱硝效率，脱硝效率如表1所示：
表1脱硝效率数据表
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 85.7％ | 88.6％ | 90.4％ | 65.9％ | 55.2％ | 70.5％ | 79.8％ |
由表1可知，实施例1-3脱硝工艺的脱硝效率明显优越于无电加热辅助的对比例1以及不添加载铜铂介孔碳催化剂的对比例2，说明了电加热辅助及催化剂的选择对于脱硝工艺处理结果具有重要影响。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：将电加热组件安装在脱硝反应器中，并放入还原剂、载铜铂介孔碳，再通入含氮氧化物烟气，并启动电加热组件，在加热过程中，进行脱硝反应；所述载铜铂介孔碳的制备方法，包括以下步骤：
A1.水解木糖渣：将木糖渣超微粉粹后，滴加70-80wt%浓硫酸，搅拌处理10-15min，再加入去离子水，继续搅拌处理20-30min，在超声波辅助作用下，85-95℃水浴回流6-12h，得木糖渣水解悬液；
A2.水热法制备核-壳结构碳球：向木糖渣水解悬液中加入三嵌段共聚物F127，搅拌至完全分散，再于180-220℃水热反应12-18h，得黑褐色浓稠液，80℃脱水干燥后，得具有核-壳结构的黑色碳球粉；
A3.还原法制备载铜铂介孔碳：将所得黑色碳球粉加入氯铂酸溶液中，再加入铜源，搅拌溶解后，再滴加硼氢化钠水溶液，50-60℃搅拌反应3-6h，再离心、洗涤、真空干燥后，于氮气气氛下，300-400℃煅烧3-6h，再冷却至25℃室温后，得所述载铜铂介孔碳。
2.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述电加热组件为半封闭式电热元件、管状电热元件、电热板中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述还原剂为浓氨水、尿素、甲醇中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述氯铂酸溶液浓度为0.1-0.5M。
5.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述铜源包括硫酸铜、氯化铜、乙酸铜中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述硼氢化钠水溶液的质量浓度为3-5%。
7.根据权利要求1、4-6任一项所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述木糖渣、70-80wt%浓硫酸、去离子水、三嵌段共聚物F127、氯铂酸溶液、铜源、硼氢化钠水溶液的质量比为1：(0.2-0.3)：(10-15)：(0.1-0.2)：(2.5-5)：(0.1-0.15)：(5-10)。
8.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述还原剂、载铜铂介孔碳的质量比为(7.5-10)：1。
9.根据权利要求1所述的一种基于电加热辅助的高效节能型脱硝工艺，其特征在于：所述含氮氧化物烟气的通入速率为2.5-3.5L/min。
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