一种微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝方法

本发明属于烟气净化，具体涉及一种铁锰基分子筛微波诱导氧化脱硝方法。

背景技术：

1、氮氧化物(nox)是燃煤电厂在发电过程中排放的主要污染物之一，是造成酸雨、臭氧层破坏和光化学烟雾等环境问题的重要前驱体。nox存在形式多样，有no、no2、no3、n2o、n2o3和n2o4；其中no占燃煤烟气近95％；因此有效去除no是控制nox的关键。目前，国内外较为成熟且应用广泛的脱硝技术主要包括选择性催化还原(scr)和选择性非催化还原(sncr)。但此类技术存在反应条件苛刻，氨逃逸、废弃催化剂二次污染和投资运行成本高等问题，且对烟温低、工况复杂的工业炉窑治理并不适用。因此，发展新型脱硝技术已成为烟气污染物控制领域的重要研究课题。

2、微波作为一种频率为0.3～300gh，波长为0.001～1m的低能量电磁波，具有节能、高效、低成本等优点，因其显著的热效应和非热效应已在物质合成、热解、土壤修复、污水污泥处理和催化等方面得到广泛应用。此外，在气态污染物尤其在no控制方面也得到显著关注。唐军旺等在微波催化和常规热作用下，利用fe/nazsm-5开展脱硝实验，结果表明在常规热作用下基本不存在的脱硝反应；但在微波催化下，能将约70％的no转化为n2。周继承等以bamn0.9mg0.1o3为催化剂，在微波辐射下，可直接将99.8％no分解还原。刘杨先等利用微波催化h2o2/ps去除no，其氧化脱硝效率可高达98.6％。

3、微波催化脱硝研究取得了一定进展，no去除效率能达90％以上；但研究多集中在还原体系内，利用微波效应将no还原成o2和n2，缺乏对no的资源化利用。微波氧化脱硝则是将no转化成可充当复合肥初级原料的硝酸盐和亚硝酸盐，实现脱除产物的二次利用。但从目前公开资料看，微波氧化脱硝技术主要利用氧化剂来进行氧化脱硝，在反应过程氧化剂大量消耗，造成脱除成本过高，且氧化剂易逃逸，形成二次污染。

技术实现思路

1、为解决现有微波脱硝技术中no资源化利用率低、氧化剂大量消耗和二次污染等问题，本发明提供了一种微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征在于，所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统包括烟气发生装置、微波催化反应装置和尾气检测及吸收装置。微波催化反应装置包括微波反应器和催化反应设备；催化反应装置和尾气检测及吸收装置相连接，催化反应装置中含有铁锰基分子筛催化剂；微波反应器中产生的微波对铁锰基分子筛进行加热，利用微波反应器中微波产生的热效应和非热效应将烟气发生装置产生的no进行氧化脱除；反应过程不添加任何氧化剂或还原剂。

2、一种微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征包括以下步骤：

3、(1)利用微波反应器辐射微波，用微波产生的热效应对铁锰基分子筛进行快速加热，将催化剂升温至所需温度。

4、(2)烟气进入微波催化反应器，与加热的铁锰基分子筛发生气固反应，利用微波产生的热效应和非热效应，将no进行氧化脱除。

5、(3)利用na2so3吸收液对尾部烟气进行吸收，得到常用复合肥初级原料：硝酸盐和亚硝酸盐；实现污染物资源化利用。

6、所述负载型铁锰基分子筛催化剂采用过量浸渍法制备。

7、所述催化剂以4a分子筛为载体，负载于铁锰元素；fe含量为0～3wt.％，优选1wt.％；mn含量为0～15wt.％，优选10wt.％；最佳焙烧时间为600℃下10h。

8、所述吸收液为3wt.％na2so3溶液。

9、所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱除no的运行工况条件如下：

10、(1)氮气载气气速为36l/h。

11、(2)反应温度为100～300℃。

12、(3)微波功率为200～400w，微波频率为2.45ghz。

13、(4)催化剂用量为0.6g。

14、(5)o2含量为0～10％。

15、(6)so2浓度为0～4000mg/m3。

16、(7)h2o加入量为0～800μl/min。

17、本发明的有益效果为：

18、1、本发明通过微波催化铁锰基分子筛，实现烟气中no的有效脱除。反应过程不添加任何氧化剂或还原剂，所用催化剂可以重复使用；可解决现有通用的选择性催化还原(scr)脱硝技术氨逃逸和运行成本高的问题。

19、2、本发明通过微波反应器，利用微波热效应和非热效应氧化去除no。相比于利用微波将no还原成n2和o2的脱除方式，本发明通过微波催化铁锰基分子筛，将no氧化成可充当复合肥初级原料的硝酸盐和亚硝酸盐，实现污染物资源化利用，且可避免产生有害副产物n2o。

20、3、微波提高了催化剂的抗硫性和抗水性(可见具体实施例4和例5)，使微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统适用于多种工况复杂的燃煤电厂，是解决no污染的可行性方案之一。

技术特征：

1.一种微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征在于，所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统包括烟气发生装置、微波催化反应装置和尾气检测及吸收装置。微波催化反应装置包括微波反应器和催化反应设备；催化反应装置和尾气检测及吸收装置相连接，催化反应装置中含有催化剂铁锰基分子筛；微波反应器中产生的微波对铁锰基分子筛进行加热，利用微波反应器中微波产生的热效应和非热效应将烟气发生装置产生的no进行氧化脱除；反应过程不添加任何氧化剂或还原剂。

2.根据权利要求1所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征在于：采用石英管(8)、反应器(9)和催化剂(10)组成微波催化反应装置；吸收液(11)、水浴锅(12)、干燥塔(13)和烟气分析仪(14)组成尾气检测及吸收装置。

3.根据权利要求2所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征在于：采用蠕动泵(6)与加热套(5)连接，为反应系统加入h2o，考察催化剂的抗水性。

4.根据权利要求1～3所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征在于：采用气瓶(1)、控制阀(2)、质量流量计(3)和混气室(4)串联组成模拟烟气发生装置。

5.根据权利要求4所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝系统，其特征在于：包括三向阀(7)，所述三向阀(7)与模拟烟气发生装置、催化反应装置和尾气检测装置连接。

6.一种微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝方法，其特征包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝方法，其特征在于，所述催化剂采用过量浸渍法制备。

8.根据权利要求7所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝方法，其特征在于，所述催化剂以4a分子筛为载体，负载于铁锰元素；其中fe，mn最佳负载量分别为1wt.％和10wt.％；最佳焙烧时间为600℃下10h。

9.根据权利要求8所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝方法，其特征在于，所述吸收液为3wt.％na2so3溶液。

10.根据权利要求9所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱硝方法，其特征在于，所述微波催化铁锰基分子筛氧化脱除no的运行工况条件如下：

技术总结
本发明提供一种微波催化铁锰基分子筛直接氧化脱硝方法，所述微波催化剂是以过量浸渍法制备的负载型铁锰基分子筛，Fe，Mn负载量分别为1wt.％和10wt.％。本发明中模拟烟气进入微波催化反应器，与反应器内石英管中催化剂发生气固相反应；在微波热效应和非热效应作用下，将NO氧化，进而被尾部Na<subgt;2</subgt;SO<subgt;3</subgt;溶液吸收，转化成可充当复合肥初级原料的硝酸盐和亚硝酸盐。本发明实现了对燃煤烟气中NO的有效脱除，反应过程无需添加氧化剂或还原剂，且微波体系下催化剂具有良好的抗硫性和抗水性。本发明具有运行成本低、可实现污染物资源化利用和无二次污染等优势。

技术研发人员：郝润龙,钱真,袁博,冯小荷,符乐,杨晓洁
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13