专利名称：一种铁催化剂还原no的方法
技术领域：
本发明属工业燃煤锅炉污染气体NO治理技术领域，特别是涉及一种铁催化剂还原NO的方法。
背景技术：
煤是我国的主要一次能源，占我国一次能源消耗总量的大约70%。在煤的燃烧利用过程中，排放出的氮氧化物(NO)污染气体是造成我国主要工业区大气污染的主要污染物来源。NO污染物造成酸雨，使得森林被毁坏，土壤板结酸化以及一系列的相关生态环境问题，并对人类的健康造成直接威胁。有效控制燃煤过程的NO气体排放十分重要。NO的控制技术包括燃烧过程的控制和燃烧生成后的控制两大类。炉内燃烧过程NO的控制技术包括分级燃烧、燃料再燃、浓淡偏差燃烧、低过剩空气燃烧和烟气再循环等。通常燃烧过程的NO的控制的效率比较低。燃烧后NO的控制技术，也称为烟气脱硝技术。目前选择性催化还原烟气脱硝(SCR)技术可达到90%以上的脱硝效率，但实际上由于氨量的控制误差而造成的二次污染等原因使得通常仅能达到65% 80%的净化效果。该方法由于使用了腐蚀性很强的液氨或氨水，对管路设备的要求高，造价昂贵②由于NH3的计量控制加入量会出现误差，容易造成二次污染；③易泄漏，操作及存储困难，且易于形成 (NH4)2S04。此外，由于SCR技术强烈依赖与它使用的催化剂，在使用过程中必须定期更换催化剂，因此，使用代价比较昂贵。选择性非催化还原烟气脱硝(SNCR)技术通过向烟气中喷氨或尿素等含有NH3基的还原剂，在高温(900 1100°C )和没有催化剂的情况下，通过烟道气流中产生的氨自由基与NOxK应，把NOx还原成N2和吐0。SNCR工艺一般以Y-Ai2O3为载体，以钯、钼、钌等贵重金属及普通金属合金氧化物为活性组分。在SNCR工艺还原NOx的过程中，由于烟气中的O2浓度一般比NOx浓度高许多，不但耗去大量的还原性气体，而且反应热还使催化剂床温急剧升高；由于采用不同燃料气作为还原剂，其起燃温度不同，要求的预热温度也不同；实际运行时脱氮效率也较低，通常冊3/而!￡摩尔比为1. 2 1. 5时，脱硝率只有35% 45%，脱硝后烟气中仍有约10 15ppm的未反应氨。上述两中典型的烟气脱硝方法都存在使用费用昂贵和可能存在的氨泄露等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁催化剂还原NO的方法，该方法简单，成本低，效率高，且不存在二次污染。本发明的一种铁催化剂还原NO的方法，包括在温度为500-1100°C，使燃煤过程生成的气体NO接触金属铁。所述的温度优选为700-1100°C。所述的NO气体通过上述反应器，在铁的表面被还原为队。同时，使用一氧化碳气体(CO)加入烟气中，以提高脱除NO的效率和保持铁表面不被氧化为狗203。所述的一氧化碳在燃煤过程生成的气体中的体积百分比为0. 1%。
所述NO在燃煤过程生成的气体中的体积百分比为0. 04-0. 1%。所述的金属铁的使用形式为由铁丝做成网格状或由薄铁片做成蜂窝状的反应器。所述的金属铁的使用形式为铁丝网。优选的铁丝网的长X宽=160X (40 120) mm。更优选的铁丝网的长X宽=160 X 80mm。有益效果(1)本发明在750°C以上可达到95%以上的NO脱除效率；该方法不消耗任何脱硝剂(如再燃脱硝技术使用煤粉或天然气为再燃燃料，SCR和SNCR技术使用氨或尿素为还原剂)，在使用过程中利用CO气体进一步提高NO的脱除效率，同时保持铁表面不被氧化，从而始终维持铁的活性；(2)本发明方法的催化剂为金属铁，价格相比SCR的金属氧化物催化剂，如V205/ Τ 02,铁的价格很低，而且供应充足；在整个使用过程金属铁在CO气体的作用下可始终保持其金属铁的活性，可长期连续使用；CO的消耗量很少，远少于SCR或SNCR脱硝技术所消耗的氨或尿素；(3)本发明效率高、安全可靠和费用低等显著优点，且不存在二次污染。
图1为实施例1不同温度时铁对NO的催化还原的实验结果；图2为实施例2不同NO浓度条件时铁对NO的催化还原的实验结果；图3为实施例3不同温度时在CO存在条件下铁对NO的催化还原的实验结果；图4为实施例4存在(X)2气体条件下铁对NO的催化还原的实验结果；图5为实施例5模拟实际烟气条件下(O2、⑶2同时存在)铁对NO的催化还原的实验结果。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1在下述条件下使用高纯氮气( )为配平气体，体积百分比为10%的NO气体(N2 为配平气体)为NO气体源，将它们经转子流量计均勻混合和计量后配成模拟烟气，模拟烟气的流量为1. 5L/min，烟气中NO的体积百分比为0. 05%。将上述模拟烟气通入一个水平布置的陶瓷管，陶瓷管内径2. 9cm,陶瓷管水平放在一个电加热炉中加热，加热段长度30cm， 加热温度由程序控制，温度范围为300-1100°C。使用铁丝网为催化剂，铁丝网的规格为单个网格大小为6X6mm，铁丝直径0. 5_。铁丝网为长X宽=(80 160) X (40 120)mm的矩形网，沿其短边卷成卷。将上述铁丝网放在陶瓷管加热段的对称中心位置。模拟烟气进入陶瓷管，流经铁丝网，在一定温度下进行脱除NO的反应。气体组分的变化由英国Signal 公司生产的烟期分析仪在线测量。图1为实验结果。结果表明，当铁丝网的尺寸为160X80mm时(反应时间为0. 1306s)，当温度超过700°C时，NO的脱除率几乎达到了 100%。当铁丝网的尺寸为 160 X 40mm时(反应时间为0. 0653s)，NO脱除率超过90%。实施例2在下述条件下烟气流量1. 5L/min，烟气中NO的体积百分比为0. 04% 0. 1%, 温度范围为300-1100°C。使用铁丝网为催化剂，铁丝网的规格为单个网格大小为6X6mm， 铁丝直径0.5mm。铁丝网为长X宽=160 X 80mm的矩形网，沿其短边卷成卷。图2为实验结果。结果表明，当温度超过700°C，烟气中含有不同体积百分比的N0， 都可以达到90%以上的脱除率。实施例3在下述条件下烟气流量1. 5L/min，烟气中NO的体积百分比为0. 05%，温度范围为300-1100°C。使用铁丝网为催化剂，铁丝网的规格为单个网格大小为6X6mm，铁丝直径 0.5mm。铁丝网为长X宽=160X80mm的矩形网，沿其短边卷成卷。在烟气中加入体积百分比为 0. 05% -0. 的 CO。图3为实验结果。实验结果表明，随着反应温度的升高，NO在铁及CO作用下的脱除效率逐渐增加。当CO体积百分比为0. 时，温度超过800°C以后，NO几乎完全被脱除。 当CO体积百分比为0. 05%时，当温度超过950°C以后，NO几乎完全被脱除。比较发现，铁丝网的用量对NO的脱除具有显著影响。当CO体积百分比为0. 1% 时，当铁丝网的尺寸为160X80mm时，在温度达到600°C时，NO脱除率已超过90%，而当铁丝网的尺寸为160 X 40mm时，在温度达到800°C以后也达到90%的NO脱除率。当铁丝网的用量相同时，CO的体积百分比也影响NO的脱除率，但受温度的影响。 当温度低于650°C时，不同的CO体积百分比条件下NO的脱除率相差无几。当温度超过 650°C以后，NO脱除率随CO体积百分比的增加而增加。当温度达到950°C时，在不同的CO 体积百分比和铁丝网用量条件下，NO的脱除率都趋近于100%。实施例4在下述条件下烟气流量1. 5L/min，烟气中NO的体积百分比为0. 05%，温度范围为300-1100°C。使用铁丝网为催化剂，铁丝网的规格为单个网格大小为6X6mm，铁丝直径 0.5mm。铁丝网为长X宽=160X80mm的矩形网，沿其短边卷成卷。在烟气中加入体积百分比为0-20%的CO2。图4为实验结果。实验结果表明，(X)2气体对铁直接催化还原NO的影响很小，当温度超过700°C，NO脱除率在不同CO2存在条件下都超过90%。这表明，在实际工程应用时， 锅炉燃煤烟气中的(X)2含量在16%左右时，不会降低本发明提出的铁直接催化还原NO的脱除率。实施例5在下述条件下烟气流量1. 5L/min，烟气中NO的体积百分比为0. 05%，温度范围为300-1100°C。使用铁丝网为催化剂，铁丝网的规格为单个网格大小为6X6mm，铁丝直径 0.5mm。铁丝网为长X宽=160X80mm的矩形网，沿其短边卷成卷。在烟气中加入体积百分比为 16. 8% 的 CO2, 2% ^ O2,4. 01% 的 CO 气体。图5为实验结果。实验结果表明，在实际燃煤烟气中，当存在氧化性气体&和(X)2 时，使用本发明提出的铁直接催化还原NO依然可以达到90%以上的脱硝效率。当温度达到950°C以后，在模拟的实际烟气成分条件下(含体积百分比16. 8% CO2,2% O2)，使用铁丝网和4. 01%的CO气体就可以达到90%以上的NO脱除率，已经接近于铁与NO、铁与NO和CO 的反应结果。
权利要求
1.一种铁催化剂还原NO的方法，包括在温度为500-1100°C，使燃煤过程生成的气体NO接触金属铁。
2.根据权利要求1所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于所述的温度为 700-1100°C。
3.根据权利要求1所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于在上述反应过程中加入一氧化碳气体。
4.根据权利要求3所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于所述的一氧化碳在燃煤过程生成的气体中的体积百分比为0. 1%。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于所述NO 在燃煤过程生成的气体中的体积百分比为0. 04-0. 1%。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于所述的金属铁的使用形式为由铁丝做成网格状或由薄铁片做成蜂窝状的反应器。
7.根据权利要求6所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于所述的金属铁的使用形式为铁丝网，其中铁丝网的长X宽=160X (40 120)mm。
8.根据权利要求7所述的一种铁催化剂还原NO的方法，其特征在于所述的铁丝网的长 X 宽=160X80mm。
全文摘要
本发明涉及一种铁催化剂还原NO的方法，包括在温度为500-1100℃，使燃煤过程生成的气体NO接触金属铁。本发明简单，成本低，效率高，且不存在二次污染；在750℃以上可达到95％以上的NO脱除效率。
文档编号B01D53/86GK102240505SQ20111019496
公开日2011年11月16日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者成豪, 沈恒根, 苏亚欣, 苏阿龙 申请人:东华大学