CN105126904B - 用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂及其催化剂体系和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂，该催化剂为吡啶类或咪唑类离子液体，离子液体的制备简单、方便，由离子液体催化剂与非水溶性有机硅构成的催化剂体系，具有催化速度快，催化性能稳定，可循环利用的优势，是一种具有良好工业应用前景的脱硫脱硝催化剂体系。本发明的氨法脱硫脱硝一体化方法，能够快速吸收、氧化烟道气中的SO2、NOX气体，生成含有硝酸铵和硫酸铵的盐溶液，实现对SO2、NOX的资源化利用，而且反应中催化剂体系用量少且可循环利用，具有对SO2、NOX吸收效率高，能耗低、运行成本低、绿色环保的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱硫脱硝方法的催化剂，尤其涉及一种用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂和催化剂体系，同时，本发明还涉及使用该催化剂体系的氨法脱硫脱硝一体化方法。
背景技术
随着我国工业步伐的加快，大气污染也日趋严重，在我国84%左右的煤直接燃烧，产生了大量的SO2、NOX气体，对人类和环境带来极大的危害，随着国家对环境要求的不断提高，SO2、NOX气体的控制和净化已成为当前紧迫的任务。
目前，国内外广泛使用的脱硫脱硝一体化技术主要是湿式烟气脱硫技术和选择性催化还原或选择性非催化还原脱硝技术的组合，该工艺副产物主要为石膏，且产生废渣废气，该工艺设备投资大，催化剂昂贵且寿命较短，同时存在氨气逃逸等缺点，易形成二次污染。 一种公开了的以酸性气体为捕捉剂来进行烟气脱硫脱硝脱重金属一体化方法及专用设备，该专利发明要用到臭氧或双氧水为强氧化剂，从而将亚硫酸铵和亚硝酸铵氧化成硫酸铵和硝酸铵，对氧化设备要求较高，并且生产成本较高。一种公开了的以液相氧化多级吸收的烟气脱硫脱硝工艺及装置，需要先对烟气进行预脱硫后，再对其进行液相氧化，然后通过脱硫浆吸收烟道气中的二氧化硫、二氧化氮，但该发明专利以亚氯酸盐为氧化剂，氧化剂易发生自身水解，产生大量的氯气，从而造成氧化剂的浪费。一种公开了的把氧化镨负载在活性炭上同时脱硫脱硝的催化剂，但该催化剂的作用温度为300～500℃，能耗较高，将NO还原为N2，未能对NO进行资源化利用，且该催化剂的成本较高。因此，开发同时脱硫脱硝新技术已成为烟气净化技术亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种制备简单，循环利用效果好的用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂和催化剂体系，同时，本发明还提供了一种能够提高脱硫脱销效率的氨法脱硫脱硝一体化方法。
为实现上述目的，本发明的用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂，为吡啶类或咪唑类离子液体，所述离子液体的阳离子为1-十四烷基-3-甲基咪唑阳离子、1-十六烷基吡啶阳离子或1-十六烷基-3-甲基咪唑阳离子中的一种，所述离子液体的阴离子为过二硫酸根或硝酸根。
上述吡啶类或咪唑类离子液体因阴、阳离子的官能团结构特性，具有携氧功能，有利于SO2和NOX的氧化，当离子液体吸收SO2和NOX后，生成的中间产物可以和二氧化氮形成络合物，在氧化剂的作用下，实现离子液体的循环利用。
同时，本发明的用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂体系，包括如上所述的催化剂和非水溶性有机硅。
作为对上述方式的限定，所述非水溶性有机硅为二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油中的任一种。
作为对上述方式的限定，所述催化剂质量为催化剂体系质量的2-10%。
非水溶性有机硅具有对SO2和NOX的快速捕获和富集的性能，离子液体催化剂与非水溶性有机硅的结合，利于对SO2和NOX的快速吸收和氧化，此外，非水溶性有机硅的加入可以增大催化剂体系的量，利于催化剂体系与反应物的分散接触，提高催化效率，同时利于非水溶性催化剂体系与产物的分离，方便催化剂体系的回收和循环使用。
同时，本发明的氨法脱硫脱硝一体化方法，包括以下步骤：该方法具有向脱硫脱硝一体化的鼓泡塔底部通入氨水和氧气的供送步骤，以及将氨水、氧气和通入鼓泡塔底部的烟道气反应生成的盐溶液抽离鼓泡塔的抽离步骤，其特征在于：该方法还包括向鼓泡塔内加入如上所述的用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂体系的加入步骤。
氨水加入至反应室底部，可以有效防止氨的逸出，减少氨水用量，同时防止二次污染；O2加入至反应室底部，提高O2利用率，减少氧化剂用量，降低反应成本；待处理的烟道气从鼓泡塔底部加入，提高吸收处理率；通过对盐溶液的抽离完成对产物的移出，实现对烟道气的连续处理，提高脱硫脱销效率。本发明使用如上所述的催化剂体系用于氨法脱硫脱硝一体化方法，吸收烟道气中的SO2、NOX，氧化生成含有硝酸铵和硫酸铵的盐溶液，实现对SO2、NOX的资源化利用，该方法具有催化速度快，催化性能稳定，可循环利用，催化剂消耗量小的优势，反应中能够有效减少氨逸出，避免产生二次污染。
本发明的氨法脱硫脱硝一体化方法，在反应生成盐溶液过程中，控制盐溶液的pH值为6~7。
控制盐溶液的pH值为6~7，维持弱酸性环境，可以有效减少氨的逸出，降低吸收剂用量，提高反应转化率。
作为对上述方式的限定，在将反应生成的盐溶液抽离反应室时，所述盐溶液的密度为1.25~1.3g/cm3。
当反应生成的盐溶液达到1.25-1.3 g/cm3时移出盐溶液，利于后续对SO2、NOX气体的继续吸收反应，实现反应的不间断进行，达到对烟道气的高效处理。
作为对上述方式的限定，所述氨水的质量浓度为15%~25%。
综上所述，采用本发明的技术方案，获得的离子液体催化剂具有催化氨法脱硫脱硝一体化方法的性能，而且离子液体的制备简单、方便，获得的催化剂体系具有催化性能稳定，可循环利用，催化剂消耗量小的优势，是一种具有良好工业应用前景的脱硫脱硝催化剂体系。本发明的氨法脱硫脱硝一体化方法，能够吸收烟道气中的SO2、NOX气体，生成含有硝酸铵和硫酸铵的盐溶液，实现对SO2、NOX的资源化利用，反应中催化剂体系用量少且可循环利用，而且吸收、反应速率快，有效减少氨逸出，避免产生二次污染，本发明的氨法脱硫脱硝一体化具有对SO2、NOX吸收效率高，工艺流程简单，能耗低、运行成本低、绿色环保的优势。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作更进一步详细说明：
图1为本发明氨法脱硫脱硝一体化方法的设备连接图；
图中：1、氨水储存罐；2、油水分离器，3、循环泵；4、鼓泡塔；F1、烟道气管；F2、氧气管；F3、尾气管；F4、盐溶液移出管。
具体实施方式
实施例一
本实施例涉及一组用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂，其组分如下表所示：
上述吡啶类或咪唑类离子液体催化剂以实施例1.1为例，采用如下制备方法：
将吡啶和溴代十六烷基以1:2的摩尔比反应生成溴盐离子液体，再将生成的离子液体在乙腈溶剂中与硝酸钠以1:1的摩尔比反应，过滤出沉淀，在85℃温度下，采用旋蒸除去乙腈溶剂，即可得到1-十六烷基吡啶硝酸盐离子液体。
实施例二
本实施例涉及一组用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂体系，其组分配比如下表所示：
上述催化剂体系采用如下制备方法：
称取一定量的催化剂，在搅拌的条件下，按上表的百分含量比例将催化剂溶于非水溶性有机硅中，制得催化剂体系。
实施例三
本实施例涉及一种氨法脱硫脱硝一体化方法。
本实施例的氨法脱硫脱硝一体化方法，采用如图1所示的反应装置，该装置包括鼓泡塔4，鼓泡塔4用作氨法脱硫脱硝一体化的反应室，鼓泡塔4的底部分别与氨水储存罐1、烟道气管F1、氧气管F2相连，在鼓泡塔4侧面连接有油水分离器2，反应中抽离的催化剂体系和盐溶液混合液在油水分离器2中进行分相，得到的上层催化剂体系经过循环泵3返回至鼓泡塔4内，下层盐溶液经过盐溶液移出管F4移出进行处理，鼓泡塔4顶部设有尾气排出管F3，用于反应尾气的排出及处理。
本实施例的氨法脱硫脱硝一体化方法，包括以下步骤：氨水、烟道气和O2通入鼓泡塔的底部，在鼓泡塔内盛有离子液体催化剂和非水溶性有机硅构成的催化剂体系，以鼓泡塔作为反应室，在催化剂体系的催化作用下烟道气中的SO2和NOX被快速吸收、氧化，生成硫酸铵和硝酸铵盐，通过调节氨水的加入量控制盐溶液pH值，当生产的盐溶液密度达到要求时，抽离催化剂体系和盐溶液的混合液，静置分相后，催化剂体系返回至鼓泡塔循环使用，盐溶液移出处理得到硫酸铵和硝酸铵，尾气从鼓泡塔顶部排出进行处理。
本实施例的氨法脱硫脱硝一体化方法，通过以下实验验证脱硫脱硝效果，反应条件的限定及实验结果（即各反应的脱硫脱硝效果）如下表所示：
当氨水的浓度过高时，盐溶液的pH值不易控制，氨水浓度较低时，溶液中硝酸、硫酸未能及时移出，催化剂体系的脱硫脱硝效率降低；当盐溶液的移出浓度较低时，对催化剂体系的利用率较低，当盐溶液的移出浓度较高时，催化剂的脱硫脱硝效率降低。
本发明的氨法脱硫脱硝一体化方法对SO2、NOX吸收效率高，反应中离子液体催化剂用量少且可循环利用，是一种工艺流程简单，能耗低、运行成本低、绿色环保的烟道气处理方法，具有良好的工业应用前景。
Claims (6)
1.一种氨法脱硫脱硝一体化方法，该方法具有向脱硫脱硝的鼓泡塔底部通入氨水和氧气的供送步骤，以及将氨水、氧气和通入鼓泡塔底部的烟道气反应生成的盐溶液抽离鼓泡塔的抽离步骤，其特征在于：该方法还包括向反应室内加入用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂体系的加入步骤；所述催化剂体系包括催化剂和非水溶性有机硅，该催化剂为吡啶类或咪唑类离子液体，所述离子液体的阳离子为1-十四烷基-3-甲基咪唑阳离子、1-十六烷基吡啶阳离子或1-十六烷基-3-甲基咪唑阳离子中的一种，所述离子液体的阴离子为过二硫酸根或硝酸根。
2.根据权利要求1所述的氨法脱硫脱硝一体化方法，其特征在于：所述非水溶性有机硅为二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油中的任一种。
3.根据权利要求1所述的氨法脱硫脱硝一体化方法，其特征在于：所述催化剂质量为催化剂体系质量的2-10％。
4.根据权利要求1所述的氨法脱硫脱硝一体化方法，其特征在于：在反应生成盐溶液过程中，控制盐溶液的pH值为6～7。
5.根据权利要求1所述的氨法脱硫脱硝一体化方法，其特征在于：在将反应生成的盐溶液抽离反应室时，所述盐溶液的密度为1.25～1.3g/cm3。
6.根据权利要求1所述的氨法脱硫脱硝一体化方法，其特征在于：所述氨水的质量浓度为15％～25％。
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