一種催化劑聯(lián)合等離子體脫除氮氧化物的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于煙氣脫硝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種催化劑聯(lián)合等離子體脫除氮氧化物 的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今世界，能源科學(xué)技術(shù)發(fā)展是世界性的重大課題。我國的能源特點是煤炭占我 國能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位，這種狀況已持續(xù)了幾十年，近年來隨著核能、水能、風(fēng)能、太陽能等 新能源開發(fā)量的增加，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例有所減少，但發(fā)電能源長期以煤炭為主，其 消費量占一次能源總消費量的70%左右，且這種格局在今后相當(dāng)長時間內(nèi)不會改變。目前 煤炭在能源方面的利用方式主要是燃燒。燃燒生成的煙氣中的氮氧化物NOx嚴(yán)重危害環(huán)境 以及人類自身的身體健康。
[0003] 最近幾年來，國家正在研究扶持政策，提高NOx污染防治技術(shù)水平。對于燃煤NOx的 控制主要有三種方法:燃燒前燃料脫硝、燃燒時改進燃燒方式脫硝、燃燒后尾氣中脫硝。目 前我國火電廠常采用的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性催化還原法（selected catalyzed reduction，SCR)和選擇性非催化還原法（selected non-catalyzed reduction，SNCR)，或 采用活性炭吸附法，即先用物理吸附和解析，然后化學(xué)處理。在選擇煙氣脫硝方案上主要考 慮兩個因素，即成本和效率。常用的煙氣脫硝技術(shù)是SCR法。以NH 3作為還原劑，在催化劑作 用下將NOx還原為無害的氮氣和水：
[0004] 4NH3+4NO+〇2^4N2+6H20 (R1)
[0005] 4NH3+2N〇2+〇2^3N2+6H20 (R2)
[0006] 但SCR技術(shù)存在的主要缺點有：（1)運行溫度有限，不能更廣泛的應(yīng)用；（2)系統(tǒng)復(fù) 雜，運行維護量大；（3)容易造成空氣預(yù)熱器的積灰及堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種催化劑聯(lián)合等離子體脫除氮氧化物的裝置 及方法。
[0008] -種催化劑聯(lián)合等離子體脫除氮氧化物的裝置，其煙氣管路與氨氣管路分別連通 至混合氣管路，混合氣管路連通至反應(yīng)器1下部的氣體入口，所述反應(yīng)器1為雙介質(zhì)層結(jié)構(gòu)， 包括外介質(zhì)管13和內(nèi)介質(zhì)管14,外介質(zhì)管13的外側(cè)包裹一層金屬網(wǎng)作為外電極11，內(nèi)介質(zhì) 管14內(nèi)部設(shè)有內(nèi)電極12,沿內(nèi)介質(zhì)管14的通長布置，內(nèi)電極12的材料為金屬材質(zhì)，內(nèi)電極12 連接電源4的正極，外電極13連接電源4的負極，形成等離子體發(fā)生器;在反應(yīng)器1的中部，外 介質(zhì)管13和內(nèi)介質(zhì)管14之間的腔內(nèi)設(shè)有隔板16,其上設(shè)有通氣孔;反應(yīng)器1上部設(shè)有氣體出 口，通過堿液清洗裝置3連通至煙囪2;
[0009] 所述外介質(zhì)管13采用石英、陶瓷或剛玉材質(zhì)，內(nèi)介質(zhì)管14采用石英、陶瓷或剛玉材 質(zhì)，隔板16采用石英、陶瓷或剛玉材質(zhì)；
[0010]所述金屬為銅、不銹鋼或鎢。
[0011 ]所述外介質(zhì)管13和內(nèi)介質(zhì)管14的軸心線在一條直線上，厚度分別為1 · 5mm和1mm， 長度均為850mm，外介質(zhì)管13的外徑為20mm，內(nèi)介質(zhì)管14的外徑為6mm;所述外電極11長 600mm，內(nèi)電極12長900mm，直徑為4mm。
[0012]上述裝置脫除氮氧化物的方法:反應(yīng)器1的隔板16上填加催化劑15,燃燒后的煙氣 與還原氣體氨氣混合后進入反應(yīng)器1，在外介質(zhì)管13和內(nèi)介質(zhì)管14之間的腔內(nèi)由下向上流 動，調(diào)節(jié)電源4的電壓，混合氣體在反應(yīng)器1內(nèi)通過催化劑15和等離子體的共同作用，聯(lián)合脫 除氮氧化物，氣體由氣體出口流出，通過堿液清洗裝置3進行清洗后，由煙囪2排出。
[0013 ] 所述堿液為濃度為8~16mo 1 /L的NaOH7K溶液。
[0014] 所述電壓為0~30kV。
[0015] 所述催化劑為以碳納米管為載體CNT，負載有Fe和Cu的催化劑Fe-Cu/CNTs。
[0016] 所述催化劑Fe-Cu/CNTs的制備方法，包括以下步驟：
[0017] (1)將多壁碳納米管加入到等體積的濃硝酸和濃硫酸混合溶液中，加熱到80~140 °C，加熱回流3~5h，得到的懸浮液倒入等體積去離子水中，靜置12~24h，倒出上層液體，下 層沉淀的固體用去離子水清洗，微孔濾膜抽濾，收集的碳納米管再清洗，過濾，直到濾液為 中性，最后將收集的碳納米管放入干燥箱中于80~110°C下干燥8~12h，制得酸化的碳納米 管；
[0018] (2)去離子水中加入濃度為2~lOg/Ι的SnCl2,充分?jǐn)嚢杌旌虾蠹尤霛舛葹閘mol/L 的HC1，調(diào)節(jié)溶液的pH為2~4,最后加入酸化的碳納米管，超聲處理10~60min，抽濾清洗至 中性，將碳納米管置于干燥箱中于80~110°C干燥8~12h，得到敏化碳納米管；
[0019] (3)去離子水中加入濃度為0.2~lg/L的PdCl2,充分?jǐn)嚢杌旌虾蠹尤霛舛葹閘mol/ L的HC1，調(diào)節(jié)溶液的pH為2~4,充分?jǐn)嚢韬蠹尤朊艋奶技{米管，超聲處理10~60min，抽濾 清洗至中性，將碳納米管置于干燥箱中于80~110°C干燥8~12h，得到活化碳納米管；
[0020] (4)稱取一定量的Fe(N〇3)3 · 9H20和CuS〇4 · 3H20溶于去離子水中，其中Fe與Cu的質(zhì) 量比為1: (1~5)，超聲波處理1~2h，使其充分溶解，再加入活化碳納米管，所加入活化碳納 米管的質(zhì)量為Fe的8~50倍，攪拌均勻，使成為漿態(tài)，超聲波處理2~4h后，將其放入干燥箱 于100~110°C下干燥12~24h，再置于馬弗爐中于250~350°C下煅燒2~4h，即制得載體為 碳納米管CNT，負載Fe和Cu的催化劑Fe-Cu/CNTs。
[0021] 進一步地，燃燒后的煙氣進入反應(yīng)器1之前混合200~2000ppm的C2H4。
[0022] 本發(fā)明的有益效果為：
[0023] 1、本發(fā)明在高、低溫均能良好的脫硝，適用領(lǐng)域廣泛；
[0024] 2、本發(fā)明系統(tǒng)操作和維護簡單，占地面積小，運行穩(wěn)定，生成的產(chǎn)物能綠色回收；
[0025] 3、本發(fā)明能高效的脫除煙氣中氮氧化物，對N0的脫除率達到96%以上，且能耗小， 經(jīng)濟效益高。
【附圖說明】
[0026]圖1為催化劑聯(lián)合等離子體脫除氮氧化物的工藝流程；
[0027]圖2為反應(yīng)器橫截面圖；
[0028]圖3為反應(yīng)器縱截面圖；
[0029]圖4為N0脫除效率-放電功率曲線圖。
[0030] 標(biāo)號說明：I-反應(yīng)器，2_煙_，3_喊液清洗裝置，4_電源，11-外電極，12_內(nèi)電極， 13-外介質(zhì)管，14-內(nèi)介質(zhì)管，15-催化劑，16-隔板
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明 僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0032] 為了實現(xiàn)氮氧化物的高效脫除，本發(fā)明提供了一種新型的煙氣脫硝方法，工藝流 程如圖1所示，燃燒后的煙氣與還原氣體氨氣混合后，從下部通入反應(yīng)器1，圖2-3為雙介質(zhì) 阻擋放電反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)截面圖，反應(yīng)器1是由外介質(zhì)管13和內(nèi)介質(zhì)管14形成的雙介質(zhì)層，外 介質(zhì)管13和內(nèi)介質(zhì)管14的軸心線在一條直線上，均采用石英材質(zhì)，厚度分別為1.5mm和1mm， 長850mm，且外介質(zhì)管13的外徑為20mm，內(nèi)介質(zhì)管14的外徑為6mm。外介質(zhì)管13的外側(cè)包裹一 層600mm長的紫銅網(wǎng)作為外電極11，內(nèi)介質(zhì)管14內(nèi)部設(shè)有內(nèi)電極12,沿內(nèi)介質(zhì)管14的通長布 置，內(nèi)電極12材料為不銹鋼，長900mm，直徑為4mm。內(nèi)電極12的上端連接電源4的正極，外電 極13的下部連接電源4的負極，形成等離子體發(fā)生器。在反應(yīng)器1的中部設(shè)有隔板16,隔板16 采用石英材質(zhì)，其上設(shè)有通氣孔，隔板16上鋪一層石英棉，再把催化劑15放在石英棉上。工 業(yè)應(yīng)用中可以根據(jù)不同機組的煙氣量來選擇反應(yīng)器1的尺寸和數(shù)量。混合氣體流進反應(yīng)器1 內(nèi)通過催化劑15和等離子體的共同作用，聯(lián)合脫除氮氧化物。反應(yīng)器1外部設(shè)有氣體出口， 煙氣脫硝后由氣體出口流出，通過堿液清洗裝置3進行清洗后，由煙囪翊咄。
[0033]所述催化劑為碳納米管CNT為載體的Fe-Cu催化劑Fe-Cu/CNTs，制備方法如下： [0034] (1)將多壁碳納米管加入到等體積的濃硝酸和濃硫酸混合溶液中，煮沸，加熱回流 4h，得到的懸浮液倒入裝有等體積去離子水的燒杯中，靜置24h，倒出上層液體，下層沉淀的 固體用去離子水清洗，微孔濾膜抽濾，收集的碳納米管再清洗，過濾，直到濾液為中性。最后 將收集的碳納米管放入干燥箱中于90°C下干燥12h，制得酸化的碳納米管。
[0035] (2)向300ml燒杯中加入160ml去離子水，加入0.32g SnCl2,充分?jǐn)嚢杌旌虾蠹尤?濃度為lmol/L的HC1，調(diào)節(jié)溶液的pH為2，最后加入lg酸化的碳納米管，超聲處理30min，抽濾 清洗至中性，將碳納米管置于干燥箱中于90°C干燥12h，得到敏化碳納米管。
[0036] (3)向300ml燒杯中加入160ml去離子水，加入0·032g PdCh，充分?jǐn)嚢杌旌虾蠹尤?濃度為lmol/L的HC1，調(diào)節(jié)溶液的pH為2,充分?jǐn)嚢韬蠹尤雔g敏化的碳納米管，超聲震蕩 30min，抽濾清洗至中性，將碳納米管置于干燥箱中于90°C干燥12h，得到活化碳納米管。
[0037] (4)制備催化劑時，稱取5.8g Fe(N03)3 · 9H20和8g CuS〇4 · 3H2