專利名稱：一種鐵催化劑還原no的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬工業(yè)燃煤鍋爐污染氣體NO治理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鐵催化劑還原NO的方法。
背景技術(shù)：
煤是我國(guó)的主要一次能源，占我國(guó)一次能源消耗總量的大約70%。在煤的燃燒利用過(guò)程中，排放出的氮氧化物(NO)污染氣體是造成我國(guó)主要工業(yè)區(qū)大氣污染的主要污染物來(lái)源。NO污染物造成酸雨，使得森林被毀壞，土壤板結(jié)酸化以及一系列的相關(guān)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，并對(duì)人類的健康造成直接威脅。有效控制燃煤過(guò)程的NO氣體排放十分重要。NO的控制技術(shù)包括燃燒過(guò)程的控制和燃燒生成后的控制兩大類。爐內(nèi)燃燒過(guò)程N(yùn)O的控制技術(shù)包括分級(jí)燃燒、燃料再燃、濃淡偏差燃燒、低過(guò)?？諝馊紵蜔煔庠傺h(huán)等。通常燃燒過(guò)程的NO的控制的效率比較低。燃燒后NO的控制技術(shù)，也稱為煙氣脫硝技術(shù)。目前選擇性催化還原煙氣脫硝(SCR)技術(shù)可達(dá)到90%以上的脫硝效率，但實(shí)際上由于氨量的控制誤差而造成的二次污染等原因使得通常僅能達(dá)到65% 80%的凈化效果。該方法由于使用了腐蝕性很強(qiáng)的液氨或氨水，對(duì)管路設(shè)備的要求高，造價(jià)昂貴②由于NH3的計(jì)量控制加入量會(huì)出現(xiàn)誤差，容易造成二次污染；③易泄漏，操作及存儲(chǔ)困難，且易于形成 (NH4)2S04。此外，由于SCR技術(shù)強(qiáng)烈依賴與它使用的催化劑，在使用過(guò)程中必須定期更換催化劑，因此，使用代價(jià)比較昂貴。選擇性非催化還原煙氣脫硝(SNCR)技術(shù)通過(guò)向煙氣中噴氨或尿素等含有NH3基的還原劑，在高溫(900 1100°C )和沒(méi)有催化劑的情況下，通過(guò)煙道氣流中產(chǎn)生的氨自由基與NOxK應(yīng)，把NOx還原成N2和吐0。SNCR工藝一般以Y-Ai2O3為載體，以鈀、鉬、釕等貴重金屬及普通金屬合金氧化物為活性組分。在SNCR工藝還原NOx的過(guò)程中，由于煙氣中的O2濃度一般比NOx濃度高許多，不但耗去大量的還原性氣體，而且反應(yīng)熱還使催化劑床溫急劇升高；由于采用不同燃料氣作為還原劑，其起燃溫度不同，要求的預(yù)熱溫度也不同；實(shí)際運(yùn)行時(shí)脫氮效率也較低，通常冊(cè)3/而!￡摩爾比為1. 2 1. 5時(shí)，脫硝率只有35% 45%，脫硝后煙氣中仍有約10 15ppm的未反應(yīng)氨。上述兩中典型的煙氣脫硝方法都存在使用費(fèi)用昂貴和可能存在的氨泄露等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鐵催化劑還原NO的方法，該方法簡(jiǎn)單，成本低，效率高，且不存在二次污染。本發(fā)明的一種鐵催化劑還原NO的方法，包括在溫度為500-1100°C，使燃煤過(guò)程生成的氣體NO接觸金屬鐵。所述的溫度優(yōu)選為700-1100°C。所述的NO氣體通過(guò)上述反應(yīng)器，在鐵的表面被還原為隊(duì)。同時(shí)，使用一氧化碳?xì)怏w(CO)加入煙氣中，以提高脫除NO的效率和保持鐵表面不被氧化為狗203。所述的一氧化碳在燃煤過(guò)程生成的氣體中的體積百分比為0. 1%。
所述NO在燃煤過(guò)程生成的氣體中的體積百分比為0. 04-0. 1%。所述的金屬鐵的使用形式為由鐵絲做成網(wǎng)格狀或由薄鐵片做成蜂窩狀的反應(yīng)器。所述的金屬鐵的使用形式為鐵絲網(wǎng)。優(yōu)選的鐵絲網(wǎng)的長(zhǎng)X寬=160X (40 120) mm。更優(yōu)選的鐵絲網(wǎng)的長(zhǎng)X寬=160 X 80mm。有益效果(1)本發(fā)明在750°C以上可達(dá)到95%以上的NO脫除效率；該方法不消耗任何脫硝劑(如再燃脫硝技術(shù)使用煤粉或天然氣為再燃燃料，SCR和SNCR技術(shù)使用氨或尿素為還原劑)，在使用過(guò)程中利用CO氣體進(jìn)一步提高NO的脫除效率，同時(shí)保持鐵表面不被氧化，從而始終維持鐵的活性；(2)本發(fā)明方法的催化劑為金屬鐵，價(jià)格相比SCR的金屬氧化物催化劑，如V205/ Τ 02,鐵的價(jià)格很低，而且供應(yīng)充足；在整個(gè)使用過(guò)程金屬鐵在CO氣體的作用下可始終保持其金屬鐵的活性，可長(zhǎng)期連續(xù)使用；CO的消耗量很少，遠(yuǎn)少于SCR或SNCR脫硝技術(shù)所消耗的氨或尿素；(3)本發(fā)明效率高、安全可靠和費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)，且不存在二次污染。


圖1為實(shí)施例1不同溫度時(shí)鐵對(duì)NO的催化還原的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖2為實(shí)施例2不同NO濃度條件時(shí)鐵對(duì)NO的催化還原的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖3為實(shí)施例3不同溫度時(shí)在CO存在條件下鐵對(duì)NO的催化還原的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖4為實(shí)施例4存在(X)2氣體條件下鐵對(duì)NO的催化還原的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖5為實(shí)施例5模擬實(shí)際煙氣條件下(O2、⑶2同時(shí)存在)鐵對(duì)NO的催化還原的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1在下述條件下使用高純氮?dú)? )為配平氣體，體積百分比為10%的NO氣體(N2 為配平氣體)為NO氣體源，將它們經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)均勻混合和計(jì)量后配成模擬煙氣，模擬煙氣的流量為1. 5L/min，煙氣中NO的體積百分比為0. 05%。將上述模擬煙氣通入一個(gè)水平布置的陶瓷管，陶瓷管內(nèi)徑2. 9cm,陶瓷管水平放在一個(gè)電加熱爐中加熱，加熱段長(zhǎng)度30cm， 加熱溫度由程序控制，溫度范圍為300-1100°C。使用鐵絲網(wǎng)為催化劑，鐵絲網(wǎng)的規(guī)格為單個(gè)網(wǎng)格大小為6X6mm，鐵絲直徑0. 5_。鐵絲網(wǎng)為長(zhǎng)X寬=(80 160) X (40 120)mm的矩形網(wǎng)，沿其短邊卷成卷。將上述鐵絲網(wǎng)放在陶瓷管加熱段的對(duì)稱中心位置。模擬煙氣進(jìn)入陶瓷管，流經(jīng)鐵絲網(wǎng)，在一定溫度下進(jìn)行脫除NO的反應(yīng)。氣體組分的變化由英國(guó)Signal 公司生產(chǎn)的煙期分析儀在線測(cè)量。圖1為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，當(dāng)鐵絲網(wǎng)的尺寸為160X80mm時(shí)(反應(yīng)時(shí)間為0. 1306s)，當(dāng)溫度超過(guò)700°C時(shí)，NO的脫除率幾乎達(dá)到了 100%。當(dāng)鐵絲網(wǎng)的尺寸為 160 X 40mm時(shí)(反應(yīng)時(shí)間為0. 0653s)，NO脫除率超過(guò)90%。實(shí)施例2在下述條件下煙氣流量1. 5L/min，煙氣中NO的體積百分比為0. 04% 0. 1%, 溫度范圍為300-1100°C。使用鐵絲網(wǎng)為催化劑，鐵絲網(wǎng)的規(guī)格為單個(gè)網(wǎng)格大小為6X6mm， 鐵絲直徑0.5mm。鐵絲網(wǎng)為長(zhǎng)X寬=160 X 80mm的矩形網(wǎng)，沿其短邊卷成卷。圖2為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，當(dāng)溫度超過(guò)700°C，煙氣中含有不同體積百分比的N0， 都可以達(dá)到90%以上的脫除率。實(shí)施例3在下述條件下煙氣流量1. 5L/min，煙氣中NO的體積百分比為0. 05%，溫度范圍為300-1100°C。使用鐵絲網(wǎng)為催化劑，鐵絲網(wǎng)的規(guī)格為單個(gè)網(wǎng)格大小為6X6mm，鐵絲直徑 0.5mm。鐵絲網(wǎng)為長(zhǎng)X寬=160X80mm的矩形網(wǎng)，沿其短邊卷成卷。在煙氣中加入體積百分比為 0. 05% -0. 的 CO。圖3為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度的升高，NO在鐵及CO作用下的脫除效率逐漸增加。當(dāng)CO體積百分比為0. 時(shí)，溫度超過(guò)800°C以后，NO幾乎完全被脫除。 當(dāng)CO體積百分比為0. 05%時(shí)，當(dāng)溫度超過(guò)950°C以后，NO幾乎完全被脫除。比較發(fā)現(xiàn)，鐵絲網(wǎng)的用量對(duì)NO的脫除具有顯著影響。當(dāng)CO體積百分比為0. 1% 時(shí)，當(dāng)鐵絲網(wǎng)的尺寸為160X80mm時(shí)，在溫度達(dá)到600°C時(shí)，NO脫除率已超過(guò)90%，而當(dāng)鐵絲網(wǎng)的尺寸為160 X 40mm時(shí)，在溫度達(dá)到800°C以后也達(dá)到90%的NO脫除率。當(dāng)鐵絲網(wǎng)的用量相同時(shí)，CO的體積百分比也影響NO的脫除率，但受溫度的影響。 當(dāng)溫度低于650°C時(shí)，不同的CO體積百分比條件下NO的脫除率相差無(wú)幾。當(dāng)溫度超過(guò) 650°C以后，NO脫除率隨CO體積百分比的增加而增加。當(dāng)溫度達(dá)到950°C時(shí)，在不同的CO 體積百分比和鐵絲網(wǎng)用量條件下，NO的脫除率都趨近于100%。實(shí)施例4在下述條件下煙氣流量1. 5L/min，煙氣中NO的體積百分比為0. 05%，溫度范圍為300-1100°C。使用鐵絲網(wǎng)為催化劑，鐵絲網(wǎng)的規(guī)格為單個(gè)網(wǎng)格大小為6X6mm，鐵絲直徑 0.5mm。鐵絲網(wǎng)為長(zhǎng)X寬=160X80mm的矩形網(wǎng)，沿其短邊卷成卷。在煙氣中加入體積百分比為0-20%的CO2。圖4為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，(X)2氣體對(duì)鐵直接催化還原NO的影響很小，當(dāng)溫度超過(guò)700°C，NO脫除率在不同CO2存在條件下都超過(guò)90%。這表明，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)， 鍋爐燃煤煙氣中的(X)2含量在16%左右時(shí)，不會(huì)降低本發(fā)明提出的鐵直接催化還原NO的脫除率。實(shí)施例5在下述條件下煙氣流量1. 5L/min，煙氣中NO的體積百分比為0. 05%，溫度范圍為300-1100°C。使用鐵絲網(wǎng)為催化劑，鐵絲網(wǎng)的規(guī)格為單個(gè)網(wǎng)格大小為6X6mm，鐵絲直徑 0.5mm。鐵絲網(wǎng)為長(zhǎng)X寬=160X80mm的矩形網(wǎng)，沿其短邊卷成卷。在煙氣中加入體積百分比為 16. 8% 的 CO2, 2% ^ O2,4. 01% 的 CO 氣體。圖5為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在實(shí)際燃煤煙氣中，當(dāng)存在氧化性氣體&和(X)2 時(shí)，使用本發(fā)明提出的鐵直接催化還原NO依然可以達(dá)到90%以上的脫硝效率。當(dāng)溫度達(dá)到950°C以后，在模擬的實(shí)際煙氣成分條件下(含體積百分比16. 8% CO2,2% O2)，使用鐵絲網(wǎng)和4. 01%的CO氣體就可以達(dá)到90%以上的NO脫除率，已經(jīng)接近于鐵與NO、鐵與NO和CO 的反應(yīng)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種鐵催化劑還原NO的方法，包括在溫度為500-1100°C，使燃煤過(guò)程生成的氣體NO接觸金屬鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于所述的溫度為 700-1100°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于在上述反應(yīng)過(guò)程中加入一氧化碳?xì)怏w。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于所述的一氧化碳在燃煤過(guò)程生成的氣體中的體積百分比為0. 1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于所述NO 在燃煤過(guò)程生成的氣體中的體積百分比為0. 04-0. 1%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于所述的金屬鐵的使用形式為由鐵絲做成網(wǎng)格狀或由薄鐵片做成蜂窩狀的反應(yīng)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于所述的金屬鐵的使用形式為鐵絲網(wǎng)，其中鐵絲網(wǎng)的長(zhǎng)X寬=160X (40 120)mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鐵催化劑還原NO的方法，其特征在于所述的鐵絲網(wǎng)的長(zhǎng) X 寬=160X80mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵催化劑還原NO的方法，包括在溫度為500-1100℃，使燃煤過(guò)程生成的氣體NO接觸金屬鐵。本發(fā)明簡(jiǎn)單，成本低，效率高，且不存在二次污染；在750℃以上可達(dá)到95％以上的NO脫除效率。
文檔編號(hào)B01D53/86GK102240505SQ20111019496
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者成豪, 沈恒根, 蘇亞欣, 蘇阿龍 申請(qǐng)人:東華大學(xué)