CN117899718A - 一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置。生物质原料以及CaO通过螺旋给料机送入双桨叶烘焙‑破碎机中发生烘焙反应，生物质原料发生轻度的脱氧脱水，增加了生物质原料的能量密度，并提高其破碎性，在双桨叶搅拌的作用下，烘焙生物质发生初步的破碎；烘焙后的物料给入冷凝器进行急冷，急冷烘焙生物质与冷凝后的烘焙液混合形成浆体，混合浆体给入湿式球磨与尿素水溶液以及分散剂搅拌磨碎制备一种生物质基有机脱硫脱硝剂浆体。本发明提出的脱硫脱硝剂具有双重脱硝效果，一为烘焙生物质粉体的再燃脱销作用，一为尿素在烘焙液活性自由基催化活化作用下的进一步深度还原脱硝作用，适用于分散式小型工业窑炉的脱硫脱硝改造。
Description
技术领域
本发明涉及脱硫脱硝剂的生产技术领域，尤其涉及生物质制备有机脱硫脱硝剂的方法与装置。
背景技术
NOx、SOx是主要大气污染物之一，其大量排放所引起了酸雨、光化学烟雾等严重的环境问题，同时这两类物质的存在毒性，危害到了地球生态圈内人类和其它生物的生存。因此，对于NOx、SOx等燃烧污染物排放的控制势在必行。目前，在大型电站锅炉系统中，脱硫脱硝技术已趋于成熟，脱硫主要以湿法钙基脱硫技术为主，脱销主要以SCR脱销技术为主。但是，除了大型电站锅炉系统，我国还广泛存在分散式的小型工业窑炉，由于各地政策和燃料的不一致，导致其在脱硫脱销领域还没有成熟的技术路线。此外，工业窑炉还存在场地的制约问题，无法改造。因此，采用简单有效的脱硫脱硝剂在高反应温度段给入，是一种有效的适用于小型工业窑炉深度脱硫脱硝的方案。
传统的脱硫脱硝技术中，主要利用氨水、尿素、钙基脱硫剂等作为脱硫脱硝剂，传统脱硫脱硝剂不仅脱硫脱硝效率低，同时还伴有氨逃逸等二次污染问题，并且氨基产品的存在，对场地的安全性有一定的隐患。生物质是植物通过光合作用产生的有机物，其储量巨大、分布广泛，具有可再生性，又是环境友好的低碳能源。生物质及其衍生产品不仅能作为能源加以利用，同时也能制备为工业品或化工品，具有广阔的开发前景。利用丰富的生物质资源制备的有机脱硫脱硝剂可以同时脱除SOx以及NOx，不仅脱硫脱硝效率高，还避免了二次污染带来的问题，是一种清洁高效的脱硫脱硝剂。专利【燃煤锅炉高效脱硫脱硝剂的制备方法及其应用(CN201410417940.0)】提出生物质热解生物油作为脱硫脱硝成分的添加剂，主要是利用生物质热解油中的有机酸与钙基发生反正生成具有脱硫脱硝作用的有机酸钙盐，但是热解生物油中含有大量的水分，其在作为脱硫脱硝剂喷入炉膛或者高温烟气中时，易引起反应温度的降低，影响燃烧工况；同时，生物质热解的固体产物热解焦具有多孔碳基骨架结构，其在脱硫脱硝过程中可起到提高反应界面的关键作用。因此，本专利提出利用生物质原料与CaO烘焙的方法合成一种浆体状有机脱硫脱硝剂的方法与装置。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术提出一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，利用生物质原料，与CaO共烘焙-破碎制成具有同时脱硫脱硝作用的浆体状有机脱硫脱硝剂，其是一种环保安全的有机脱硫脱硝剂，在小型工业窑炉领域使用前景广泛。
技术方案：本专利所述一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，包括以下步骤：将生物质原料以及CaO从各自料仓中通过螺旋给料机送入双桨叶烘焙-破碎机中，CaO与生物质原料在烘焙-破碎机中发生烘焙反应，反应温度为(250-350℃)，其本质上是一种低温热解，并在CaO的催化作用下，生物质原料发生轻度的脱氧脱水，增加了生物质原料的能量密度；并且烘焙提高了生物质的破碎性，在双桨叶搅拌的作用下，烘焙生物质发生初步的破碎；烘焙后的物料(生物质和CaO)在烘焙温度下保温给入冷凝器，进行急冷，急冷烘焙生物质与冷凝后的烘焙液混合形成浆体；冷凝器产生固液混合浆体给入湿式球磨，同时在球磨中给入尿素水溶液(1％-10％)以及分散剂(0.1％-1％)共同搅拌磨碎制备一种生物质基浆体状有机脱硫脱硝剂；所得有机脱硫脱硝剂中主要含有五种组分：其一，乙酸钙，来源于CaO与烘焙过程产生的乙酸发生的反应生成，是一种效用较好的活性脱硫组分；其二，烘焙生物质粉体组分，在工业窑炉脱硫脱硝反应区间(600-900℃)喷入时发生分解反应形成还原气氛，对NOx具有较好的还原脱销作用，同时烘焙生物质粉体在工业窑炉脱硫脱硝反应区间会发产生固相热解焦，其具有多孔碳基骨架结构，可吸附NOx和SO2组分，提高了其与乙酸钙、活性自由基和尿素的反应界面，提高了反应时间，增强了脱硫脱硝效果；其三，烘焙液，来源于烘焙过程产生的可凝性组分，其是由酸类、酮类、醛类、呋喃类等活性小分子分组构成，在喷入脱硫脱硝反应区间时，可诱导形成大量的活性自由基，活化NOx与尿素组分发生还原反应形成N2；其四，尿素，来源湿式球磨时加入的尿素水溶液，其主要是在脱硫脱硝过程中充当还原剂；其五，分散剂，其主要作用为防止脱硫脱硝桨叶固相发生团聚，使之能够更好的分散于液体中，形成流动性好的浆体；
进一步的，冷凝器中产生的不可冷凝挥发分通过气体出口给入外置燃烧器，在辅助燃料的作用下燃烧产生高温烟气，高温烟气给入双桨叶烘焙-破碎机，为烘焙反应提供热量；
进一步的，冷凝器的冷源为自然冷水，温度为室温，经过换热后，热水排出。
基于上述方法，本专利所示一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置包括：生物质料仓、CaO料仓、螺旋给料机、双桨叶烘焙-破碎机、外置燃烧器、冷凝器、湿式球磨、尿素水溶液液箱、分散剂液箱、泵、桨体箱；
生物质原料料仓的出口连接于螺旋给料机，螺旋给料机出口连接于双桨叶烘焙-破碎机物料进口，CaO料仓的出口连接于螺旋给料机，螺旋给料机出口连接于双桨叶烘焙-破碎机物料进口；双桨叶烘焙-破碎机出料口连接于冷凝器入口，冷凝器出料口连接于湿式球磨入料口；冷凝器不可凝挥发分出口连接于外置燃烧器进口，外置燃烧器配有一路辅助燃料进口，外置燃烧器高温烟气出口连接于双桨叶烘焙-破碎机热烟气进口，双桨叶烘焙-破碎机热烟气换热后经出口排出；冷水由冷凝器冷却介质进口给入，吸热后经由冷凝器冷却介质出口排出；尿素水溶液液箱连接于泵，泵连接于湿式球磨尿素水溶液添加进口；分散剂液箱连接于泵，泵连接于湿式球磨分散剂添加进口；湿式球磨浆体出料口连接于浆体箱。
与传统有机脱硫脱硝剂制备方法相比，本发明专利具有以下创新点和有望取得的有益效果：
(1)利用生物质碳中和原料制备有机脱硫脱硝剂，CaO在制备过程中既起到催化烘焙进程，提高可磨性的作用，又起到与烘焙液中乙酸反应形成活性乙酸钙，为一种有效的脱硫组分；
(2)利用烘焙过程对生物质可磨性改善的特点，在双桨叶烘焙-破碎机中耦合烘焙与破碎一体，并且利用烘焙固相物质和液相物质在冷凝器中一并急冷，得到初步浆体，烘焙生物质粉体和烘焙液在脱硝过程中都起到关键的作用，烘焙生物质粉体在工业窑炉脱硫脱硝反应区间(600-900℃)喷入时发生分解反应形成还原气氛，对NOx具有较好的还原脱销作用(类似于燃料再燃脱硝的原理)，同时产生具有多孔碳基骨架结构的热解焦，其可吸附气相反应组分，增强反应界面，提高反应时间，提高脱硫脱硝效果，而烘焙液在喷入脱硫脱硝反应区间时，可诱导形成大量的活性自由基，活化NOx与尿素组分发生还原反应；
(3)本发明提出的脱硫脱硝剂具有双重脱硝效果，一为烘焙生物质粉体的再燃脱销作用，一为尿素在烘焙液活性自由基催化活化作用下的进一步深度还原脱硝，脱硝效果较高，且安装无需改造原有设备，只需在反应温度区加入一喷枪雾化，适用于分散式小型工业窑炉的脱硫脱硝改造；
本发明提出的脱硫脱硝剂制备方法与装置具有能源自给，无污染的特点，且原料价格便宜，整个生产流程无外在排放物。
附图说明
附图1为本专利所述一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置的结构图：
图中：1-生物质料仓，2-螺旋给料器，3-CaO料仓，4-螺旋给料器，5-双桨叶烘焙-破碎机，6-外置燃烧器，7-冷凝器，8-湿式球磨，9-尿素水溶液液箱，10-泵，11-分散剂液箱，12-泵，13-浆体箱。
具体实施方式
下面结合附图对本专利做更进一步的解释。
如图1所示，本专利所述一种生物质耦合CaO共烘焙制备浆状体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，包括：生物质料仓1，CaO料仓3，螺旋给料器2与螺旋给料器4，双桨叶烘焙-破碎机5，外置燃烧器6，冷凝器7，湿式球磨8，尿素水溶液液箱9，分散剂液箱11，泵10和泵12，浆体箱13；
生物质料仓1的出口与螺旋给料机2相连，CaO料仓3的出口与螺旋给料机4相连，螺旋给料机2的出口14和螺旋给料机4的出口15连接于双桨叶烘焙-破碎机5的物料进口17，双桨叶烘焙-破碎机5的出料口19与冷凝器7的入口23相连，冷凝器7的出料口27与湿式球磨8的入料口28相连；冷凝器7的不可凝挥发分出口24连接于外置燃烧器6的进口22，外置燃烧器6配有一路辅助燃料进口21，外置燃烧器6的高温烟气出口20连接于外双桨叶烘焙-破碎机5的热烟气进口18，双桨叶烘焙-破碎机5中热烟气换热后经出口16排出；冷水由冷凝器7的冷却介质进口25给入，吸热后经由冷凝器7的冷却介质出口26排出；尿素水溶液液箱9连接于泵10，分散剂液箱11连接于泵12，泵10与泵12连接于湿式球磨8的添加进口29；湿式球磨8的浆体出料口30连接于浆体箱13。
基于上述一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，具体步骤为：将生物质原料以及CaO从生物质料仓1和CaO料仓3中通过螺旋给料机2和螺旋给料机4送入双桨叶烘焙-破碎机5中，CaO与生物质原料在烘焙-破碎机5中发生烘焙反应，反应温度为(250-350℃)，其本质上是一种低温热解，并在CaO的催化作用下，生物质原料发生轻度的脱氧脱水，增加了生物质原料的能量密度；并且烘焙提高了生物质的破碎性，在双桨叶搅拌的作用下，烘焙生物质发生初步的破碎；烘焙后的物料(生物质和CaO)在烘焙温度下保温给入冷凝器7，进行急冷，急冷烘焙生物质与冷凝后的烘焙液混合形成浆体；冷凝器7产生固液混合浆体给入湿式球磨8，同时从尿素水溶液液箱9和分散剂液箱11通过泵10和泵12给入湿式球磨8尿素水溶液(尿素浓度1％-10％)以及分散剂(分散剂浓度0.1％-1％)共同搅拌磨碎制备一种生物质基有机脱硫脱硝剂浆体。
其中，冷凝器7中产生的不可冷凝挥发分通过气体出口给入外置燃烧器6，在辅助燃料的作用下燃烧产生高温烟气，高温烟气给入双桨叶烘焙-破碎机5，为烘焙反应提供热量；冷凝器7的冷源为自然冷水，温度为室温，经过换热后，热水排出。
本发明的一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，目的是基于生物质原料制备一种环保无污染性的有机脱硫脱硝剂，其主要含有五种组分：其一，乙酸钙，来源于CaO与烘焙过程产生的乙酸发生的反应生成，是一种效用较好的活性脱硫组分；其二，烘焙生物质粉体组分，在工业窑炉脱硫脱硝反应区间(600-900℃)喷入时发生分解反应形成还原气氛，对NOx具有较好的还原脱硝作用；同时烘焙生物质粉体组分在600-900℃温度区间内可热解产生具有多孔碳基骨架结构的热解焦，其可吸附气相反应组分，增强反应界面，提高反应时间，提高脱硫脱硝效果；其三，烘焙液，来源于烘焙过程产生的可凝性组分，其是由酸类、酮类、醛类、呋喃类等活性小分子分组构成，在喷入脱硫脱硝反应区间时，可诱导形成大量的活性自由基，活化NOx与尿素组分发生还原反应形成N2；其四，尿素，来源湿式球磨时加入的尿素水溶液，其主要是在脱硫脱硝过程中充当还原剂；其五，分散剂，其主要作用为防止脱硫脱硝桨叶固相发生团聚，使之能够更好的分散于液体中，形成流动性好的浆体。此外，本发明专利利用生物质碳中和原料制备有机脱硫脱硝剂，CaO在制备过程中既起到催化烘焙进程，提高可磨性的作用，又起到与烘焙液中乙酸反应形成活性乙酸钙，为一种有效的脱硫组分；利用烘焙过程对生物质可磨性改善的特点，在双桨叶烘焙-破碎机中耦合烘焙与破碎一体，并且利用烘焙固相物质和液相物质在冷凝器中一并急冷，得到初步浆体，烘焙生物质粉体和烘焙液在脱硝过程中都起到关键的作用，烘焙生物质粉体在工业窑炉脱硫脱硝反应区间(600-900℃)喷入时发生分解反应形成还原气氛，对NOx具有较好的还原脱销作用(类似于燃料再燃脱硝的原理)，并且可热解产生具有多孔碳基骨架结构的热解焦，增加了反应界面，促进了脱硫脱硝反应的效果，而烘焙液在喷入脱硫脱硝反应区间时，可诱导形成大量的活性自由基，活化NOx与尿素组分发生还原反应；本发明提出的脱硫脱硝剂具有双重脱硝效果，一位烘焙生物质粉体的再燃脱销作用，一位尿素在烘焙液活性自由基催化活化作用下的进一步深度还原脱硝，脱硝效果较高，且安装无需改造原有设备，只需在反应温度区加入一喷枪雾化，适用于分散式小型工业窑炉的脱硫脱硝改造；本发明提出的脱硫脱硝剂制备方法与装置具有能源自给，无污染的特点，且原料价格便宜，整个生产流程无外在排放物。
具体实施方式：本实施案例以木屑生物质为原料，通过占原料质量30％CaO催化烘焙的作用下，在300℃发生烘焙反应，烘焙后急冷，得到烘焙液与烘焙木屑的混合浆体，在进一步的在湿式球磨中进一步细磨，并加入5％的尿素水溶液和0.1％的分散剂，制得所需有浆体状机脱硫脱硝剂；并在固定床小试装置上进行脱硫脱硝实验，控制脱硫脱硝剂的给入量，在反应温度区间为600、650和700℃时，结果发现，三个温度下，脱硝效率均达到95％以上；相比于同样工况，对比了(1)有烘焙生物质但未加入烘焙液的脱硫脱硝剂，其在相同的反应工况下，其脱硝效率均不超过70％，分析主要是区别在于烘焙液中存在有机活性组分，其在喷入脱硝反应区间时，可诱导形成大量的活性自由基，活化NOx与尿素组分发生还原反应；同时，对比了(2)有烘焙液但未加入烘焙生物质的脱硫脱硝剂，其在相同的反应工况下，其脱硝效率均不超过60％，分析主要是由于烘焙生物质在脱硫脱硝过程中起到的两个作用，一为烘焙生物质粉体的再燃脱销作用，二为烘焙生物质在脱硫脱硝温度区间内热解产生多孔碳基骨架结构，可起到增强反应界面，提高脱硫脱硝效率的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.本发明所述一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，其特征在于：将生物质原料以及CaO从各自料仓中通过螺旋给料机送入双桨叶烘焙-破碎机中，CaO与生物质原料在烘焙-破碎机中发生烘焙反应，反应温度为(250-350℃)，其本质上是一种低温热解，并在CaO的催化作用下，生物质原料发生轻度的脱氧脱水，增加了生物质原料的能量密度；并且烘焙提高了生物质的破碎性，在双桨叶搅拌的作用下，烘焙生物质发生初步的破碎；烘焙后的物料(生物质和CaO)在烘焙温度下保温给入冷凝器，进行急冷，急冷烘焙生物质与冷凝后的烘焙液混合形成浆体；冷凝器产生固液混合浆体给入湿式球磨，同时在球磨中给入尿素水溶液(1％-10％)以及分散剂(0.1％-1％)共同搅拌磨碎制备一种生物质基浆体状有机脱硫脱硝剂。
2.根据权利要求1所述的一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，其特征在于：所得有机脱硫脱硝剂中主要含有五种组分：其一，乙酸钙，来源于CaO与烘焙过程产生的乙酸发生的反应生成，是一种效用较好的活性脱硫组分；其二，烘焙生物质粉体组分，在工业窑炉脱硫脱硝反应区间(600-900℃)喷入时发生分解反应形成还原气氛，对NOx具有较好的还原脱销作用，同时烘焙生物质粉体在工业窑炉脱硫脱硝反应区间会发产生固相热解焦，其具有多孔碳基骨架结构，可吸附NOx和SO2组分，提高了其与乙酸钙、活性自由基和尿素的反应界面，提高了反应时间，增强了脱硫脱硝效果；其三，烘焙液，来源于烘焙过程产生的可凝性组分，其是由酸类、酮类、醛类、呋喃类等活性小分子分组构成，在喷入脱硫脱硝反应区间时，可诱导形成大量的活性自由基，活化NOx与尿素组分发生还原反应形成N2；其四，尿素，来源湿式球磨时加入的尿素水溶液，其主要是在脱硫脱硝过程中充当还原剂；其五，分散剂，其主要作用为防止脱硫脱硝桨叶固相发生团聚，使之能够更好的分散于液体中，形成流动性好的浆体。
3.根据权利要求1所述的一种CaO烘焙制备浆体有机脱硫脱硝剂的方法与装置，其特征在于：冷凝器中产生的不可冷凝挥发分通过气体出口给入外置燃烧器，在辅助燃料的作用下燃烧产生高温烟气，高温烟气给入双桨叶烘焙-破碎机，为烘焙反应提供热量。
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