一种用生物质竹炭的干法水泥窑烟气的脱硝方法技术

一种用生物质竹炭的干法水泥窑烟气的脱硝方法，属于水泥工业烟气污染物控制技术领域。(1)材料的制备，首先将生物质竹炭在100℃烘箱内干燥24h，使水分挥发；然后将质量比为1～5％的竹炭与99～95％的水泥生料进行混合，研磨半小时，使其混合均匀。(2)将生物质竹炭与水泥生料的混合料直接加入到水泥窑分解炉内。利用生物质竹炭多孔的结构和炭的还原性，将氮氧化物吸附和还原为N2，且生物质竹炭中的氧化物灰分可以作为水泥生料的成分，不会对水泥性能造成影响。质量比为1～5％的生物质竹炭与99～95％的水泥生料的混合材料在分解炉内脱硝时，氧气浓度条件为1～5％，温度区间为700℃～900℃，450ml/min气体流速范围内，脱硝率可以达到70％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种用生物质竹炭的干法水泥窑烟气的脱硝方法
本专利技术属于水泥工业烟气污染物控制
，涉及一种用于水泥窑烟气的脱硝方法，具体为在水泥生料中掺入生物质竹炭的脱硝方法。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是水泥工业产生的主要污染物，会造成臭氧层破坏、酸雨、光化学污染等环境问题。随着环保要求的不断提高，《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)中规定：一般地区NOx排放限制为400mg/m3，重点地区NOx排放限制分别为320mg/m3，特别是北京地区为200mg/m3，需要严格控制NOx排放量。因此寻求新的脱硝技术对水泥工业的低排放NOx至关重要。目前水泥工业脱硝的方法主要是选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)，而且这两种方法都需要氨气或者尿素作为还原剂，所以就需要安装额外的储氨(尿素)和喷氨(尿素)装置，且还会出现氨逃逸现象，造成二次污染。SNCR脱硝技术是利用NH3或尿素等作为还原剂，在水泥窑内850℃～1100℃温度区域与烟气中的NOx发生还原反应生成N2。但是，SNCR脱硝效率低，仅能达到30％～50％左右，而且反应温度高，对还原剂喷射的要求也随之而高。随着国家对环境保护越来越重视，SNCR脱硝技术已无法满足排放要求。在SCR脱硝技术中使用的催化剂大多以TiO2为载体，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。应用于烟气脱硝中的SCR催化剂可分为高温催化剂(345℃～590℃)、中温催化剂(260℃～380℃)和低温催化剂(80℃～300℃)，不同的催化剂适宜的反应温度不同。如果反应温度偏低，催化剂的活性会降低，导致脱硝效率下降，且如果催化剂持续在低温下运行会使催化剂发生永久性损坏；如果反应温度过高，NH3容易被氧化，NOx生成量增加，还会引起催化剂材料的相变，使催化剂的活性退化。国内外SCR系统大多采用高温，反应温度区间为315℃～400℃。缺点：燃料中含有硫分,燃烧过程中可生成一定量的SO3。添加催化剂后,在有氧条件下,SO3的生成量大幅增加,并与过量的NH3生成NH4HSO4。NH4HSO4具有腐蚀性和粘性,可导致尾部烟道设备损坏。虽然SO3的生成量有限,但其造成的影响不可低估。另外，催化剂中毒现象也不容忽视。此外，占地面积大，反应装置复杂，投资成本及运行成本较高。因此，寻找一种低成本、脱硝率高的脱硝方法，将极大有利于水泥工业的发展。目前的一些研究表明，在700℃以上的温度条件下，生物质炭可以还原NOx，生成CO、CO2、N2。Gupta等(Industrial&EngineeringChemistryResearch,2003,42，2536–2543)研究发现，对无氧条件下C-NO反应微乎其微，当氧气存在存在时可以使NO转化为N2；当温度为820℃，O2浓度为1％时可以达到最佳的还原效果。陈丹丹等(CN102364246A)利用生物质炭再燃联合脱除燃煤烟气中NOx的方法及系统，脱硝率可以达到60％以上，但是设备复杂，需要改造锅炉，对现有的水泥窑改造不易操作。司纪朋等(CN102658026A)专利技术了一种可以将生物质焦炭用于燃煤锅炉的烟气脱硝，但是需要对设备进行改造添加喷射装置，而且还会产生大量的废弃的碱金属氧化物，对水泥的性能造成有害的影响，因此不利于在水泥窑分解炉使用。郭红霞等(CN106268279A)专利技术了用稻壳、麦秆制得的生物质炭掺入水泥窑的脱硝方法，但相比较本专利技术的脱硝效率来说，是较低的，最高只能达到85％。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供一种工艺简单、设备简易、脱硝率较高、有效节约资源和降低生产成本的脱硝方法。本专利技术采用的具体技术方案如下：(1)材料的制备，首先将生物质竹炭，在100℃的烘箱内干燥24h，使水分充分挥发；然后将质量比为1～5％的生物质竹炭与99～95％的水泥生料进行混合，两种物质质量百分含量之和为100％，充分搅拌半小时，使其混合均匀。(2)将生物质竹炭与水泥生料的混合材料直接加入到水泥窑分解炉內。利用生物质竹炭多孔的结构和炭的还原性，将氮氧化物部分吸附和还原为N2，且生物质竹炭中的氧化物灰分可以作为水泥生料的成分，不会对水泥性能造成影响。其中，上述步骤中的生物质竹炭主要是竹子在无氧的条件下高温裂解而制得的炭材料。制备方法是热分解法，在加热管中只通入N2作为保护气氛，10℃/min的加热速率升温至800℃，然后再保温60min，使其在高温条件下裂解制得生物质炭，待温度冷却至室温后得到粗产物。然后将粗产物用超纯水洗涤，充分搅拌4h后静置，待固液完全分离后，使用抽滤装置得到固体，100℃干燥箱内干燥24h，得到干燥过的固体之后，用研棒转速为220r/min、研钵转速为9r/min的三头研磨机研磨4h，过筛得到100目的生物质竹炭粉末，接着将生物质竹炭粉末放在100℃的烘箱内干燥24h，最后密封保存。生物质竹炭具有较高的比表面积，且含有10wt％左右的金属氧化物，包括氧化硅、氧化钾和氧化铝等。本专利技术的优点是：(1)采用的生物质竹炭材料是可再生资源，且分布广泛，成本低廉。在将竹炭与水泥生料混合后的材料可以直接加入水泥窑的分解炉内，无须添加另外装置，对现有的水泥窑炉可以直接操作，且对水泥生料性能无影响。。(2)此方法在使用过程中具有较高的脱硝效率。质量比为1～5％的竹炭与99～95％的水泥生料的混合材料在分解炉内脱硝时，氧气浓度条件为1～5％，温度区间为700℃～900℃，450ml/min气体流速范围内，脱硝率可以达到70％以上。竹炭脱硝原理：C+NO→CO+1/2N2(1)C+2NO→CO2+N2(2)CO+NO→CO2+1/2N2(3)具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1生物质竹炭的制备方法如下：在加热管中只通入N2作为保护气氛，10℃/min的加热速率升温至800℃，然后再保温60min，待温度冷却至室温后得到粗产物；然后将粗产物用超纯水洗涤，充分搅拌4h后静置，待固液完全分离后，使用抽滤装置得到固体，100℃干燥箱内干燥24h，得到干燥过的固体之后，用研棒转速为220r/min、研钵转速为9r/min的三头研磨机研磨4h，过筛得到100目的生物质竹炭粉末，接着将生物质竹炭粉末放在100℃的烘箱内干燥24h，最后密封保存。在烟气条件为1000ppmNO、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为900℃时，将质量比为2％的上述制备的生物质竹炭与水泥生料混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到74.2％。实施例2生物质竹炭制备过程如实施例1。在烟气条件为1000ppmNO、1％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为850℃时，将质量比为3％的生物质竹炭与水泥生料混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达到71.8％。实施例3生物质竹炭制备过程如实施例1。在烟气条件为1000ppmNO、2％O2，N2为平衡气，总气体流速为450ml/min，温度条件为900℃时，将质量比为3％的生物质竹炭与水泥生料混合均匀后加入到直径为3cm的管式炉中，脱硝率达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用生物质竹炭的干法水泥窑烟气的脱硝方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)材料的制备，首先将生物质竹炭，在100℃的烘箱内干燥24h，使水分充分挥发；然后将质量比为1～5％的生物质竹炭与99～95％的水泥生料进行混合，两种物质质量百分含量为100％，充分搅拌使其混合均匀；(2)将生物质竹炭与水泥生料的混合材料直接加入到水泥窑分解炉中，水泥窑分解炉中烟气条件为1000ppm NO，氧气体积浓度条件为1％～5％，N2为平衡气，温度区间为700℃～900℃，450ml/min气体流速范围内。

【技术特征摘要】
1.一种用生物质竹炭的干法水泥窑烟气的脱硝方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)材料的制备，首先将生物质竹炭，在100℃的烘箱内干燥24h，使水分充分挥发；然后将质量比为1～5％的生物质竹炭与99～95％的水泥生料进行混合，两种物质质量百分含量为100％，充分搅拌使其混合均匀；(2)将生物质竹炭与水泥生料的混合材料直接加入到水泥窑分解炉中，水泥窑分解炉中烟气条件为1000ppmNO，氧气体积浓度条件为1％～5％，N2为平衡气，温度区间为700℃～900℃，450ml/min气体流速范围内。2.按照权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚丽，秦楠楠，陈新智，崔素萍，刘宁，陈美娜，张同生，马晓宇，阎旻，
申请(专利权)人：广东万引科技发展有限公司，北京工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44