[发明专利]制备半焦负载多元纳米金属氧化物脱硫脱硝吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及烟气净化技术领域，尤其涉及一种以褐煤为原料制备半焦负载多元纳米金属氧化物脱硫脱硝吸附剂的方法，该吸附剂可应用于煤气中H₂S和COS，以及烟气中SO_x和NO_x一体化脱除。

背景技术

我国是以煤炭为主导的一次能源资源国家，而我国电力生产以火力发电为主，燃煤电厂通过烟道气排放大量的SO₂、NO_X、汞、颗粒及其他微量元素，是排放SO_X、NO_X等污染物的主要行业，煤耗高，效率低，污染重，导致空气颗粒物浓度升高，雾霾天气增加。20世纪60、70年代，美国、日本和欧洲发达国家是最早制定一系列政策法规控制SO₂的污染，并开始进行脱硫技术的开发。脱硫技术必须被用在燃料燃烧过程的的各个阶段，例如燃烧前脱硫，燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。燃煤电厂的烟气净化技术有湿法净化和干法净化两种方法。湿法净化技术成熟，但设备庞大、成本高、效率低、负荷大，存在着传质阻力和等问题。有资料指出，全世界大约56％的烟气脱硫采用石灰石脱硫工艺，8.3％采用湿石灰催化氧化过程，4％采用镁洗涤催化过程，8.2％采用石灰喷雾干燥过程，1％采用燃油分层喷射技术。从以上数据可以看出，石灰石-石膏湿法是我国现阶段燃煤机组所采用的主要脱硫工艺，但是目前脱硫石膏的利用率还很低，耗水量巨大，脱硫后产物大部分仍以堆积储存为主，已成为继火电厂粉煤灰后的第二大固体废物。以NH₃为还原型选择性催化还原NOx(SCR)是现阶段燃煤机组所釆用的主要脱硝工艺，催化剂以V/Ti系为主，工作温度为350℃～400℃。但该操作工艺存在两个缺点，为了满足温度窗口的要求，反应器布置在省煤器和空气预热器之间，除尘器之前，这导致一方面烟气中含有大量的飞灰，会堵塞催化剂，飞灰中的SO₂、K₂O、CaO和As₂O₃等成分又会引起催化剂的中毒和腐蚀，降低使用寿命；另一方面对电厂其他设备的影响很大，部分机组由于空间有限无法釆用该工艺，另外由于NH₃易挥发，存在刺激性，容易发生泄漏，存在储存的问题。因此，目前完全依赖上述SCR工艺显然是不可行的。为克服上述缺点，燃煤电厂烟气一体化干法烟气净化技术目前是国内外电力行业关注的重点，是关键的前沿技术之一。干法烟气净化技术是将脱硫过程与脱硝过程合并到同一套反应装置中利用载体负载金属氧化物与烟气中硫氧化物、氮氧化物发生反应，集脱硫、脱氮、脱汞为一体，达到烟气一体化净化的效果，不仅提高效率，同时简化净化装置，降低设备运行成本和发电成本，而且大大减少了废物的产生。因此在我国具有极大的市场应用和推广前景，大大减少燃煤电厂对大气的污染，使大气PM2.5达标，具有巨大的经济和社会效益。其中，干法烟气净化技术中利用半焦负载纳米金属氧化物进行烟气净化具有可行性，并且在300℃以上直接采用炭还原NO及SO₂的方法由于不需额外添加还原剂而引入注目。将活性组分负载于多孔载体表面改善活性组分的分布和粒度从而达到提高脱硫精度的目的，因此载体的选择比较重要。一般在选择载体时，要求其具有较大的比表面积和发达的孔隙结构，以便于分散活性组分，使其能与反应物充分接触；同时还应具有较好的热力学稳定性和较高的机械强度。利用活性炭和半焦等碳基原料作为载体来制备脱硫剂已经有很多报道。但是由于活性炭原料本身成本较高，且制备的脱硫剂在含氧气氛下使用时才显示出较好的活性，但容易引起碳本身的燃烧，造成一定量的损耗。使活性炭基脱硫剂的应用受到很大限制而常用于低温或者常温条件。作为气化副产品的半焦因其孔隙发达、原料来源广泛，近年来也作为脱硫剂的相关载体使用。如专利201210293989.0公布了一种采用褐煤进行加压浸渍，热解活化，该脱硫剂具有较好的脱硫效果，但制备过程没有进行相应的气化，造成脱硫剂的孔隙结构较差。专利CN102772986A采用包含石灰石、活性焦、催化剂和水的吸收剂浆液吸收并脱除烟气中的NOx和SO₂，不仅存在消耗大量水，而且固液体废弃物存在二次污染的问题。专利CN204093254U涉及一种中低温烟气脱硫除尘脱硝及脱硝催化剂热解析一体化的新型装置，但该装置仍然使用氨水脱除烟气中NOx.CN201239608公开了使用一种半干法同时脱硫脱硝一体化系统，但是该系统仍然没有解决消耗水以及产生固体废弃物的问题。