富氧燃烧烟气协同催化方法及装置制造方法及图纸

技术编号:20252910 阅读:35 留言:0更新日期:2019-02-01 21:11
本发明专利技术涉及烟气处理领域,公开了一种富氧燃烧烟气协同催化方法及装置。本发明专利技术的富氧燃烧烟气协同催化方法包括:在紫外光照射、氨气和催化剂的存在下,将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气;其中,所述催化剂包括锐钛型TiO2以及负载在该TiO2上的V2O5和WO3等。本发明专利技术的方法利用光催化原理仅通过一步反应即可将CO2和NOx两种污染物协同催化还原脱除,脱除操作简便、处理效率高且不产生有害物质。

Cooperative Catalytic Method and Device for Oxygen-enriched Combustion Flue Gas

The invention relates to the field of flue gas treatment, and discloses an oxygen-enriched combustion flue gas synergistic catalytic method and device. The method for synergistic catalysis of oxygen-enriched combustion flue gas includes: converting CO2 into methanol or methane in the presence of ultraviolet light, ammonia and catalyst, and converting NOx into nitrogen at the same time; the catalyst includes anatase type titanium dioxide and V2O5 and WO3 supported on the titanium dioxide, etc. The method of the invention utilizes the principle of photocatalysis to synergistically catalyze the reduction and removal of two pollutants, CO2 and NOx, by only one step reaction. The method has the advantages of simple operation, high treatment efficiency and no harmful substances.

【技术实现步骤摘要】
富氧燃烧烟气协同催化方法及装置
本专利技术涉及烟气处理领域,具体涉及一种富氧燃烧烟气协同催化方法及装置。
技术介绍
富氧燃烧技术是主要碳减排技术之一,主要用于捕集烟气中CO2。化石燃料燃烧产生的CO2加速了温室效益,对全球气候变化产生影响,目前全球都在探索切实可行的减排控制CO2的技术。现有的减排技术主要采用燃烧后捕集、燃烧前处理,包括富氧燃烧技术和煤气化技术,目前这些技术面临能耗高、投资高、经济性差,且收集到的CO2利用有限,仍需埋存等问题。目前有研究用基于TiO2的光催化还原方法脱除CO2,TiO2在自然界中有金红石型、锐钛矿型及板钛矿型三种晶型,其中锐钛矿型具有光催化能力,TiO2光催化剂主要有粉末、多孔、薄膜式、颗粒等不同形态。使用过程中,通常将高分散TiO2粉末通过吸附或离子交换等方法负载于多孔玻璃、沸石、光纤、SiO2等载体上。同时在锅炉燃烧过程中也会产生大量的NOx,虽然富氧燃烧可一定程度可以减少NOx的产生,但不能满足大气污染物排放标准中NOx排放浓度要求。目前主要的脱除NOx的技术是选择性催化还原技术(SCR)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的富氧燃烧烟气处理困难的问题,提供一种富氧燃烧烟气协同催化方法及装置,该方法基于催化还原技术,利用光催化原理仅通过一步反应即可将CO2和NOx两种污染物协同催化还原脱除,脱除操作简便、处理效率高且不产生有害物质。为了实现上述目的,本专利技术一方面提供一种富氧燃烧烟气协同催化方法,其特征在于,该方法包括:在紫外光照射、氨气和催化剂的存在下,将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气;其中,所述催化剂包括锐钛型TiO2以及负载在该TiO2上的V2O5和WO3。优选地,所述紫外光的波长为240-380nm。优选地,所述紫外光为脉冲激光。优选地,所述锐钛型TiO2的粒径为5-200nm。优选地,所述催化剂中含有84-99重量%的TiO2、0.5-8重量%的V2O5和0.5-8重量%的WO3。优选地,所述催化剂还含有0.1-1重量%的贵金属,所述贵金属选自Cu、Ag、Fe、Ni、Sn、Cd、Mo中的一种或多种。优选地,以体积百分比计,所述富氧燃烧烟气包括:10-40%的NOx,60-90%的CO2。优选地,相对于所述富氧燃烧烟气中的NOx,所述氨气的用量为0.8-1.1摩尔%。本专利技术第二方面提供一种用于富氧燃烧烟气协同催化的装置,该装置包括:装载有催化剂的反应腔,所述催化剂包括锐钛型TiO2以及负载在该TiO2上的V2O5和WO3;以及用于产生紫外光的光源。优选地,所述紫外光的波长为240-380nm。优选地,所述紫外光为脉冲激光。优选地,所述锐钛型TiO2的粒径为5-200nm。优选地,所述催化剂中含有84-99重量%的TiO2、0.5-8重量%的V2O5和0.5-8重量%的WO3。优选地,所述催化剂在所述反应腔中设置为多层,并在各层催化剂之间设置有所述光源。本专利技术第三方面提供一种富氧燃烧烟气协同催化方法,该方法包括将富氧燃烧烟气通入上述用于富氧燃烧烟气协同催化的装置,在紫外光照射和催化剂的存在下,将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气;其中,以体积百分比计,所述富氧燃烧烟气包括:10-40%的NOx,60-90%的CO2。本专利技术通过使用负载有V2O5和WO3的锐钛型TiO2作为催化剂,配合紫外光照射,不但可以将富氧燃烧烟气中的NOx转化为氮气,还可以同时将CO2转化为甲醇或甲烷,从而完成了本专利技术。本专利技术的方法和装置具有如下优点:(1)充分利用催化剂的各种组分,提高催化活性;(2)通过特定波长的光照射,激发锐钛型TiO2的光催化活性,通过一步反应协同脱除NOx和CO2两种污染物;(3)富氧燃烧系统中CO2浓度可达80%以上,CO2可催化转化为具有使用价值的甲醇或甲烷等物质。(4)整个脱除过程在同一个反应器中进行,简化了处理的装置,节约了成本。附图说明图1为本专利技术一种具体实施方式的用于富氧燃烧烟气协同催化的装置的结构示意图;图2是为本专利技术另一种具体实施方式的用于富氧燃烧烟气协同催化的装置的结构示意图;附图标记说明1、催化剂2、光源3、反应腔具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本专利技术中,如没有特殊说明,针对气体成分,“%”指以“体积%”计。本专利技术提供的富氧燃烧烟气协同催化方法,该方法包括:在紫外光照射、氨气和催化剂的存在下,将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气;其中,所述催化剂包括锐钛型TiO2以及负载在该TiO2上的V2O5和WO3。本专利技术通过使用负载有V2O5和WO3的锐钛型TiO2作为催化剂,配合紫外光照射,利用光催化原理通过一步反应完成其中的CO2和NOx两种成分的协同催化还原脱除,脱除操作简便、处理效率高且不产生有害物质。在本专利技术中,所述紫外光没有特别的限定,只要能够完成与所述催化剂的协同催化反应即可,所述紫外光的波长例如可以为240-380nm,优选为254-365nm,其中更优选为365nm。作为所述紫外光,可以为持续辐射的紫外光,也可以为间歇性辐射的脉冲光,优选为脉冲激光。根据本专利技术,为了以更高的效率进行协同催化,优选所述锐钛型TiO2的粒径为5-200nm,更优选为10-100nm。通过使用上述粒径的催化剂颗粒,可以达到更高的氧化还原能力,表现为更高的催化活性。作为所述锐钛型TiO2的比表面积,例如可以为50-200m2/g,优选100-200m2/g。根据本专利技术,从提高催化效率的角度考虑,优选地,所述催化剂中含有84-99重量%的锐钛型TiO2、0.5-8重量%的V2O5和0.5-8重量%的WO3;更优选地,所述催化剂中含有87-99重量%的锐钛型TiO2、0.5-5重量%的V2O5和1-8重量%的WO3。作为所述催化剂中锐钛型TiO2的含量,可以为85-95重量%、88-92重量%等。作为所述催化剂中V2O5的含量,可以为0.5-5重量%、1-5重量%等。作为所述催化剂中WO3的含量,可以为5-8重量%、6-8重量%等。为了进一步提高催化活性,所述催化剂还可以根据需要含有0.1-2重量%的贵金属,所述贵金属选自Cu、Ag、Fe中的一种或多种。优选地,所述催化剂含有0.2-0.5或者1.5-2重量%的贵金属。作为本专利技术中上述TiO2和任选的贵金属的负载方式,可以采用现有的用于催化剂制备的方式进行,例如采用喷淋、浸渍的方式将上述成分的溶液负载在锐钛型TiO2上,从而形成本专利技术的催化剂。在本专利技术中,作为将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气的条件,可以包括:温度为80-600℃;优选地,温度为320-400℃。根据本专利技术,为了充分处理富氧燃烧烟气中的CO2和NOx,优选的情况下,以体积百分比计,所述富氧燃烧烟气包括:10-40%的NOx,60-90%的CO2,还可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富氧燃烧烟气协同催化方法,其特征在于,该方法包括:在紫外光照射、氨气和催化剂的存在下,将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气;其中,所述催化剂包括锐钛型TiO2以及负载在该TiO2上的V2O5和WO3。

【技术特征摘要】
1.一种富氧燃烧烟气协同催化方法,其特征在于,该方法包括:在紫外光照射、氨气和催化剂的存在下,将富氧燃烧烟气中的CO2转化为甲醇或甲烷,同时将NOx转化为氮气;其中,所述催化剂包括锐钛型TiO2以及负载在该TiO2上的V2O5和WO3。2.根据权利要求1所述的富氧燃烧烟气协同催化方法,其中,所述紫外光的波长为240-380nm;优选地,所述紫外光为脉冲激光。3.根据权利要求1所述的富氧燃烧烟气协同催化方法,其中,所述锐钛型TiO2的粒径为5-200nm;优选地,所述催化剂中含有84-99重量%的锐钛型TiO2、0.5-8重量%的V2O5和0.5-8重量%的WO3。4.根据权利要求1所述的富氧燃烧烟气协同催化方法,其中,所述催化剂还含有0.1-2重量%的贵金属,所述贵金属选自Cu、Ag、Fe、Ni、Sn、Cd、Mo中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的富氧燃烧烟气协同催化方法,其中,以体积百分比计,所述富氧燃烧烟气包括:10-40%的NOx,60-90%的CO2;优选地,相对于所述富氧燃烧烟气中的NOx...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵瑞余学海廖海燕赵永宏李延兵
申请(专利权)人:中国神华能源股份有限公司北京国华电力有限责任公司神华国华北京电力研究院有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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