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低温烟气钢渣联合脱硫脱硝过程强化工艺与机理研究

文献类型:学位论文

作者孟子衡
答辩日期2021-06-01
文献子类博士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师李会泉
关键词钢渣,脱硫脱硝,H2o2,催化氧化,复合助剂
英文摘要

非电行业的烟气温度低(<300°C)、成分复杂,导致传统的SCR脱硝催化剂(300−450 °C)难以直接用于非电烟气NOx的高效脱除。工业固废用于烟气污染物的净化,可以实现多污染物的协同治理。钢渣法脱硫已经实现了工业化稳定运行,脱硫的同时具有一定脱硝效率,但是脱硝率偏低。本文针对低温烟气NOx难以高效脱除和钢渣高值化利用水平低的问题,提出了NO气固相催化氧化-还原性助剂强化NO2吸收的钢渣联合脱硫脱硝整体路线,以钢渣为NO氧化催化剂和脱硫脱硝吸收剂,开展了钢渣脱硝机理分析、钢渣基NO高效催化剂制备、NO2强化吸收助剂开发和尾渣废水的资源化利用等方面的研究,形成了低温烟气钢渣联合脱硫脱硝与资源化利用一体化新工艺。主要研究内容和结论如下:(1)开展了钢渣脱硝机理研究。考察了钢渣在弱酸性条件下的浸出规律,结果表明随着浆液pH值不断降低,Ca2+、Mg2+和Mn2+的浸出浓度不断增加;采用小型鼓泡反应器考察了工艺条件对脱硝率的影响,结果表明增大OR值和SO2浓度,均有利于NOx的脱除,优化条件下脱硫脱硝效率分别达到100%和83.4%;进一步开展了钢渣脱硝机理研究,结果表明Mn2+的存在促进NOx的脱除,液相中Mn2+可以与NO2发生氧化还原反应生成Mn3O4和MnO(OH),从而促进NOx的脱除。在此基础上,得出了钢渣体系下NO2的脱除路径包括:1)NO2的水解反应;2)液相中还原性的Mn2+、S(IV)与NO2的氧化还原反应。(2)开发了用于H2O2氧化NO为NO2等高价态NOx过程的酸化钢渣催化剂,研究了催化剂的制备工艺,得到了优化制备条件为:酸化介质为盐酸,酸化程度为70%;开展了催化剂表征,结果表明酸化钢渣表面富集了Fe物种(FeOSi等)、2−4 nm的多孔C-S-H和SiO2凝胶以及SiOAl等活性位点,催化活性与2−4 nm的多孔C-S-H凝胶的数量有关;开展了催化氧化工艺优化,优化条件下运行36 h表明,NO转化率稳定在90%以上,SO2平均转化率<1.8%;进一步开展了催化机理研究,发现酸化钢渣表面分散Fe(III)的多孔C-S-H和SiO2凝胶(FeOSi)是高催化活性位点,能够催化H2O2产生∙OH和HO2∙/O2∙−,将NO氧化为NO2、HNO3和N2O5。(3)筛选了适用于钙基体系下的低成本NO2强化吸收复合助剂(等摩尔量的硫代硫酸钠和硫酸铵组成),开展了工艺条件优化,优化条件下运行24 h表明,脱硫率100%,脱硝率稳定在78.0%左右;当NO2−浓度达到3.0 mol/L时,脱硝率仍能保持在70.0%以上,表明复合助剂能够耐受高浓度NO2−;进一步开展了复合助剂强化脱硝机理研究,发现复合助剂中的S2O32−、NH4+和钢渣中浸出的Mg2+对NOx的脱除具有协同作用,S2O32−作为还原剂和MgSO30的氧化抑制剂促进了NO2的脱除,NH4+有效抑制了脱硝产物(NO2−)分解为NO和NO2,有利于NOx的脱除。(4)开展了钢渣脱硫脱硝尾渣和废水的资源化利用研究,结果表明尾渣中的f-CaO等含量极低,无安定性问题,以尾渣为原料制备的水泥和免烧砖产品性能均能达到国家标准;废水通过蒸氨-pH调控除杂-碳碱沉淀脱钙-结晶提纯分离工艺,实现了杂质脱除、亚硝酸盐回收以及脱硝助剂循环利用,回收的亚硝酸钠产品纯度达到国家标准。在此基础上,进一步开展了整体工艺设计和经济性核算,结合目前成熟的焦炉烟气低氮燃烧技术可以实现焦炉烟气超低排放。在工业化中试装置中对复合助剂强化脱硝效果进行了验证,结果表明SO2脱除率稳定在99%左右,NOx脱除率稳定在50%左右,进一步验证了复合助剂的可靠性。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60797]  
推荐引用方式
GB/T 7714
孟子衡. 低温烟气钢渣联合脱硫脱硝过程强化工艺与机理研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2021.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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