一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置的製作方法

2024-04-03 14:08:05 3

本實用新型涉及一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置，屬於大氣汙染控制和相關環境保護技術領域。

背景技術：

人類活動產生的氮氧化物(NOx)主要包括NO和NO2，其中由燃料燃燒產生的佔90％以上，其次是硝酸生產、化工製藥的硝化反應、金屬表面和半導體處理等工業過程。NOx對人有致毒作用，大量的氮氧化物排放還是引起大氣光化學霧和酸雨的主要原因之一。中國環境狀況公報統計數據表明我國城市酸雨中氮氧化物的貢獻在不斷增加，一些地方的酸雨汙染性質已開始由硫酸型向硝酸根離子不斷增加的複合型轉化(國家環保部：2010年中國環境狀況公報)。近年來，國家新制定了一些法律、法規，對氮氧化物特別是火電等燃燒過程排放的氮氧化物作出了更加嚴格的控制和減排規定。

一般地，火力發電廠等以化石燃料燃燒產生的煙氣中的氮氧化物濃度約為幾百到幾千ppm，其中95％以上是一氧化氮。目前選擇性催化轉化法(SCR)是目前治理煙氣NOx的主要手段之一，但催化劑對運行條件要求嚴格，需要氨作為還原劑，氣流中含有硫化物和粉塵等對催化劑的壽命影響很大，特別對以煤為燃料的火電廠的運行費用很高；溼法是採用各種液體對NOx進行吸收，是低溫排放源處理的主要方法，主要有氧化吸收法和還原吸收法兩種，其中，氧化法是採用過氧化氫、次氯酸鈉和高錳酸鉀等作為氧化劑，進行吸收處理；還原法是採用亞硫酸鈉、硫化鈉和尿素等作為還原劑，進行吸收處理。但對含一氧化氮較多氮氧化物，由於一氧化氮在溶液中的溶解度很小，吸收效率較低，且藥劑較貴，運行使用費用高。因此，研究開發提高新型煙氣氮氧化物的淨化技術，是該技術工業應用中急需解決的問題。

本實用新型設計和提供一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置，用於從氣流中去除氮氧化物。

技術實現要素：

本實用新型的技術方案為：一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置，其特徵是由氣化爐、惰性氣體進口、氯化鐵固體原料加入口、連接管、載氣進口、冷卻器、氯化鐵固體顆粒排出管、氣-固反應塔、淨化後氣體出口、被處理氣體進口、反應後固體顆粒排出口和氣化爐檢修口組成。

所述裝置的氣化爐的上部設置有氯化鐵固體原料加入口和惰性氣體進口，在爐體的上部設置有連接管與冷卻器連通，連接管上還設置有載氣進口，所述的冷卻器通過氯化鐵固體顆粒排出管與氣-固反應塔連通，所述的氣-固反應塔設置有被處理氣體進口和淨化後氣體出口，所述的氣-固反應塔下部還設置有反應後固體顆粒排出口，所述的氣化爐下部還設置有氣化爐檢修口。

所述裝置的處理工藝流程是先通過惰性氣體進口向氣化爐充入氮氣或氬氣等惰性保護氣體，然後通過氯化鐵固體原料加入口加入氯化鐵固體原料，在氣化爐內在氮氣等惰性氣體保護氛圍中加熱到一定溫度，使氯化鐵氣化變成氣態氯化鐵，然後通過連接管，被設置在所述連接管上載氣進口通入的常溫或低於常溫的氮氣等惰性氣體帶到冷卻器內進行快速冷卻，使氣態氯化鐵迅速轉化為氯化鐵固體顆粒，然後通過氯化鐵固體顆粒排出管進入氣-固反應塔，在氣-固反應塔內，氣流中的氮氧化物與氯化鐵發生氣固吸附化學反應而被吸收，生成固體產物，被處理氣流由被處理氣體進口進入氣-固反應塔塔，淨化後的氣流從淨化後氣體出口排出，反應後固體顆粒從反應後固體顆粒排出口，從而達到氣體淨化目的。

一種所述的氯化鐵固體顆粒的製備方法，其特徵是把氯化鐵固體原料導入氣化爐，在氮氣等惰性氣體保護氛圍中加熱到一定溫度，使氯化鐵氣化升華變成氣態氯化鐵，然後快速冷卻，使氣態氯化鐵轉化為氯化鐵固體顆粒，然後導入氣-固反應塔，在氣-固反應塔內，氣流中的氮氧化物與所述的氯化鐵固體顆粒發生氣固吸附化學反應而被吸收，生成固體產物，從而達到氣體淨化目的。有關氯化鐵與氮氧化物在氣-固反應塔的吸收反應，可參看本實用新型申請人的另一個相關發明專利申請。

本實用新型所述的惰性氣體一般為氮氣、氬氣或二氧化碳等不與氯化鐵反應的氣體，氣化爐內壓力為常壓或負壓，常壓下加熱溫度範圍一般大於130℃，優選溫度範圍為150℃-350℃，加熱溫度高，氣化速率快。負壓下加熱溫度可低些，最低為90℃，具體可查氯化鐵的升華熱力學數據。實際操作過程，加熱溫度和速度可根據實際氯化鐵的需要量調節和控制，加熱溫度高，氣態氯化鐵產量就大，加熱可採用電爐加熱、導熱介質加熱、電磁加熱和微波加熱等多種手段，效果大體相當。所述的冷卻可採用盤管間接冷卻和/或惰性氣體載氣直接接觸冷卻等方式，冷卻後氣流溫度一般小於120℃，優選50℃-90℃，冷卻溫度可根據氣-固反應塔內反應溫度設定。加熱和冷卻相關工業技術成熟。本實用新型所述的氯化鐵固體原料可採用工業級商品氯化鐵固體，一般為粉末狀。

本實用新型所述氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，主要為一氧化氮。所述氮氧化物與氯化鐵的氣固吸附化學反應的固體產物為氯化鐵與氮氧化物的絡合物和相關鹽類。

本實用新型所述的氯化鐵固體顆粒的製備方法，也可以由幹法氯化鐵等生產工藝得到，如鐵屑與氯氣反應得到氣態氯化鐵，氫氧化鐵、氧化鐵與氯化氫氣體反應後得到氣態氯化鐵，或由氯化亞鐵氯化等工藝得到氣態氯化鐵後冷卻製得。

本實用新型所述的氣態氯化鐵經冷卻後得到的氯化鐵固體顆粒與隨後的在氣-固反應塔內脫硝過程為同一處理工藝的前後工序。

與直接採用商品化的氯化鐵粉末作為脫硝反應劑相比，本實用新型的優點在於：由氣態氯化鐵經快速冷卻後得到的氯化鐵固體顆粒，具有顆粒粒徑小，粒經最小可達納米級，反應活性高，反應速度快等特點，能夠快速與氣流中的氮氧化物發生氣固吸附化學反應，使氣流中的氮氧化物得到去除，在相同條件下，能有效提高反應效率30％以上，具有投資成本和運行費用低，操作簡單、處理效率高、處理量大特點，適合推廣使用。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例所用一種脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置從氣流中去除氮氧化物的流程示意圖。其中：1氣化爐；2惰性氣體進口；3氯化鐵固體原料加入口；4連接管；5載氣進口；6冷卻器；7氯化鐵固體顆粒排出管；8氣-固反應塔；9淨化後氣體出口；10被處理氣體進口；11反應後固體顆粒排出口；12氣化爐檢修口。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

一種所述的脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置從氣流中去除氮氧化物的流程示意圖如圖1所示。所述的裝置的氣化爐(1)的上部設置有氯化鐵固體原料加入口(3)和惰性氣體進口(2)，在爐體的上部設置有連接管(4)與冷卻器(6)連通，連接管上還設置有載氣進口(5)，所述的冷卻器(6)通過氯化鐵固體顆粒排出管(7)與氣-固反應塔(8)連通，所述的氣-固反應塔(8)設置有被處理氣體進口(10)和淨化後氣體出口(9)，所述的氣-固反應塔(8)下部還設置有反應後固體顆粒排出口(11)，所述的氣化爐(1)下部還設置有氣化爐檢修口(12)。

處理工藝流程是先通過惰性氣體進口(2)向氣化爐(1)充入氮氣或氬氣等惰性保護氣體，然後通過氯化鐵固體原料加入口(3)加入氯化鐵固體原料，在氣化爐內在氮氣等惰性氣體保護氛圍中加熱到一定溫度，使氯化鐵氣化變成氣態氯化鐵，然後通過連接管(4)，被設置在連接管(4)上載氣進口(5)通入的常溫或低於常溫的氮氣等惰性氣體帶到冷卻器(6)內進行快速冷卻，使氣態氯化鐵迅速轉化為氯化鐵固體顆粒，然後通過氯化鐵固體顆粒排出管(7)進入氣-固反應塔(8)，在氣-固反應塔內(8)，氣流中的氮氧化物與氯化鐵發生氣固吸附化學反應而被吸收，生成固體產物，被處理氣流由被處理氣體進口(10)進入氣-固反應塔塔(8)，淨化後的氣流從淨化後氣體出口(9)排出，反應後固體顆粒從反應後固體顆粒排出口(11)，從而達到氣體淨化目的。

實施例1：一種所述的脫硝用氯化鐵固體顆粒的製備裝置從氣流中去除氮氧化物的流程示意圖如圖1所示。氣化爐的尺寸為Φ60mm×600mm，氣化爐採用管式電爐加熱，氣化爐內加熱溫度分別為130℃、150℃、210℃、300℃和350℃，加入的工業級氯化鐵固體粉末各500g，平均粒徑約為0.5mm，冷卻器為管式，直徑為Φ40mm，長為1000mm，空氣自然冷卻，冷卻後氣體出口溫度約為65℃-70℃，氣化爐保護氣體為氮氣，流量約100mL/min，載氣也為常溫氮氣，流量約500mL/min。氣-固反應塔塔徑為Φ60mm，反應有效接觸高度約為1000mm，空塔，塔體材料為316L不鏽鋼。氣流中氮氧化物(一氧化氮約為95％)濃度為500ppm，氧氣約8％(體積，以下同)，二氧化碳約10％，水分含量約10％，其餘為氮氣，流量約2L/min。氣-固內反應塔內氣體溫度約為60℃-65℃，反應塔內接觸時間約為3-5s。淨化後氣體出口NOx濃度分別為283ppm，201ppm，136ppm，79ppm和65ppm。測得的氮氧化物出口濃度為最大持續去除率時數值。

實施例2：氣化爐保護氣體為氮氣流量為0，氣化爐處於微負壓，氣化爐內加熱溫度分別為90℃和150℃，其他條件同實施例1。實驗結果測得淨化後氣體出口NOx濃度分別為315ppm和220ppm。

實施例3：氣化爐內加熱溫度約為210℃，冷卻器採用管外風扇強制冷卻，冷卻後氣體出口溫度約為100℃-120℃，其他條件同實施例1。實驗結果測得淨化後氣體出口NOx濃度為156ppm。

應該說明的是，以上實施例僅用於說明本實用新型的技術方案，本實用新型的保護範圍不限於此。對於本領域的技術人員來說，凡在本實用新型的精神和原則之內，對各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中的部分技術特徵進行任何等同替換、修改、變化和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。