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CN113385008A - 一种利用铁碳复合材料作为sncr添加剂进行烟气脱硝的方法 - Google Patents

一种利用铁碳复合材料作为sncr添加剂进行烟气脱硝的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用含有铁碳复合材料作为SNCR添加剂用于SNCR技术的方法，属于烟气污染物控制技术领域。本发明首先将70％～75％的碳，15％～18％的Fe3O4和10％～12％的FeOOH充分混合，在200～300℃温度下用惰性气体煅烧2h，制备成铁碳复合材料，冷却后置于110℃的温度下干燥24h后，造粒筛选20目～60目粒径之间的颗粒，密封保存；然后在750～1000℃，氧气浓度为2vol.％，NH3浓度与NO浓度的摩尔比为0.5～1的条件下，利用铁碳复合材料作为SNCR添加剂进行NOx的脱除。碳在缺氧环境生成的CO和FeOOH可以为SNCR在低温下提供反应所需的活性基团OH和H，并且促进C和NH3生成新的还原剂HCNO，当温度达到Fe3O4的氧化温度时，Fe3O4表面活性位点吸附NO，从而促进还原NO生成N2。采用铁碳复合材料作为SNCR脱硝的添加剂，无需对工厂现有设备进行改造、投资成本低、操作简单，能够降低SNCR脱硝温度窗口的同时提高脱硝率。

Description

一种利用铁碳复合材料作为SNCR添加剂进行烟气脱硝的方法
技术领域
本发明属于烟气污染物控制技术领域，具体涉及一种铁碳复合材料作为SNCR添加剂用于脱硝的方法。
背景技术
氮氧化物排放到大气中会引起光化学烟雾的生成，光化学烟雾使人眼和呼吸道受刺激或诱发各种呼吸道炎症，危害人体健康。空气中大量的氮氧化物也是产生酸雨的重要原因，酸雨会导致土壤酸化，使土壤肥力降低，农作物减产甚至出现病态。在现有的脱硝技术中，选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction，SNCR)因为建设周期短，投资小，在合适的烟气温度条件下可以达到较高脱硝率的特点，成为工业上常用的NOx减排技术。但是SNCR脱硝技术实际应用时存在还原剂喷射区温度很难控制在最佳脱硝温度窗口，导致NOx排放超标的问题。因此有大量研究针对拓宽SNCR脱硝温度窗口，来提高脱硝率。
由SNCR反应机理可知，高温下，氨容易发生氧化反应，降低脱硝率，所以多数研究都集中于如何拓宽SNCR脱硝的温度窗口。SNCR反应的关键就是活性基团OH和H，低温下因为没有足够的活性基团，才导致无法还原NOx。FeOOH可以在低温下提供活性基团OH和H，促进低温下SNCR脱硝的进行。碳除了自身就有较高的还原NOx的能力，在缺氧环境中还能够生成CO能够促进SNCR脱硝的进行，同样地向低温拓宽温度窗口。高温下C也能与NH3发生反应，在活性基团OH和O充足的条件下，可以生成SNCR脱硝的另一还原剂HCNO，增加NOx还原剂。亚铁离子就有很强的还原性，在300℃左右就可以作为还原剂将NOx还原成N2。Fe3O4中同时有Fe2+和Fe3+，既能稳定保存不易氧化，又具有还原能力。当温度达到Fe3O4的氧化温度时，Fe3O4表面活性位点吸附NO，促进NO还原生成N2，直到Fe3O4被氧化成Fe2O3，Fe3O4就失去了还原能力。因此，将含有Fe3O4、FeOOH和碳的材料作为SNCR脱硝的添加剂，可以有效地向低温拓宽SNCR脱硝的温度窗口同时，利用C本身就对NO有还原作用，提高脱硝率，降低SNCR还原剂的用量。
发明内容
本发明的目的在于提出一种铁碳复合材料作为添加剂用于SNCR技术的方法，可以有效脱除NOx，降低SNCR脱硝温度窗口的同时节约还原剂用量。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种铁碳复合材料作为SNCR添加剂进行烟气脱硝的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将70％～75％的碳，15％～18％的Fe3O4和10％～12％的FeOOH充分混合，在200～300℃温度下用惰性气体煅烧2h，制备成铁碳复合材料。将冷却后的铁碳复合材料置于110℃的温度下干燥24h，然后自然冷却至室温，将铁碳复合材料在10MP的条件下压片，再破碎成颗粒状进行造粒，用20目和60目的筛子筛选这个粒径之间的颗粒，最后密封保存。
在氧气体积百分比浓度为2％，NO浓度为1000ppm，NH3浓度与NO浓度的体积比分别为0.5、1，N2为平衡气的混合气体中，总气体流速为500mL/min，10℃/min加热速度，750～1000℃的条件下，利用铁碳复合材料进行SNCR脱硝，铁碳复合材料质量与总气体流速比为1g：500mL/min。
铁碳复合材料促进SNCR脱硝原理：
NH3+OH→NH+H2O (1)
NH3+H→NH2+H2 (2)
CO+OH→CO2+H (3)
NH2+NO→NNH+OH (4)
NNH→H+N2 (5)
NH2+NO→N2+H2O (6)
C+NH3→HCN+H2 (7)
HCN+O→HCNO (8)
HCNO+OH→NCO+H2O (9)
NCO+NO→N2+CO2 (10)
本发明的效果是：
(1)亚铁离子具有还原能力，当温度达到Fe3O4的氧化温度时，Fe3O4表面活性位点吸附NO，从而促进NO还原生成N2。碳缺氧燃烧生成的CO和FeOOH在较低温度下为SNCR反应提供活性基团H和OH，促进SNCR低温脱硝。且C和NH3反应生成另一还原剂HCNO，增加还原性物质，提高SNCR脱硝率。采用铁碳复合材料作为SNCR脱硝的添加剂，能够降低SNCR脱硝温度窗口并且减少还原剂的用量。
(2)将铁碳复合材料作为SNCR添加剂使用，无需对工厂现有设备进行改造、投资成本低、操作简单。可以降低SNCR还原剂用量的同时达到了降低烟气中NOx的效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
首先将铁碳复合材料置于110℃的温度下干燥24h，其中铁碳复合材料由73％的碳，16％的Fe3O4和11％的FeOOH在250℃条件下，N2氛围下煅烧2h制备而成；以下实施例的第一步骤都是按照该成分比例煅烧制备铁碳复合材料，且均以干燥。
实施例1
在烟气条件为1000ppmNO、1000ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为750℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到83.76％。
实施例2
在烟气条件为1000ppmNO、1000ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为800℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到88.54％。
实施例3
在烟气条件为1000ppmNO、1000ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为850℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到88.90％。
实施例4
在烟气条件为1000ppmNO、1000ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为900℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到93.76％。
实施例5
在烟气条件为1000ppmNO、1000ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为950℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到95.23％。
实施例6
在烟气条件为1000ppmNO、1000ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为1000℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到92.30％。
实施例7
在烟气条件为1000ppmNO、500ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为750℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到84.05％。
实施例8
在烟气条件为1000ppmNO、500ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为800℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到86.70％。
实施例9
在烟气条件为1000ppmNO、500ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为850℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到89.36％。
实施例10
在烟气条件为1000ppmNO、500ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为900℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到94.33％。
实施例11
在烟气条件为1000ppmNO、500ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为950℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到95.81％。
实施例12
在烟气条件为1000ppmNO、500ppmNH3，2vol.％O2，N2为平衡气，总气体流速为500mL/min，温度条件为1000℃时，将1g铁碳复合材料加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到89.64％。
表1各实施例的脱硝率
Figure BDA0003135765890000041

Claims (2)

1.一种利用铁碳复合材料作为SNCR添加剂进行烟气脱硝的方法，其特征在于，包括以下步骤：73％的碳，16％的Fe3O4和11％的FeOOH充分混合，在250℃N2气氛下煅烧2h，制备成铁碳复合材料；冷却后置于110℃的温度下空气干燥24h，压片造粒，密封保存。
2.按照权利要求1所述的一种利用铁碳复合材料作为SNCR添加剂进行烟气脱硝的方法，其特征在于：使用环境的O2体积浓度为2％，NO浓度为1000ppm，NH3与NO的摩尔比为0.5～1，N2为平衡气的混合气体中，总气体流速为500mL/min，温度范围750～1000℃的条件下，利用铁碳复合材料作为SNCR添加剂进行脱硝，铁碳复合材料质量与总气体流速比为1g：500mL/min。
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