[发明专利]一种活性炭负载MnO2的制备方法、工业烟气脱硝的设备及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及工业废气处理领域，尤其涉及一种活性炭负载MnO₂的制备方法、工业烟气脱硝的设备及工艺。

背景技术

氮氧化物是一类重要的大气污染物，NO和NO₂则占据了大气中NO_x的绝大部分，主要来源于电厂锅炉、工业炉窑、民用炉灶等固定源和机动车等移动源的尾气排放。NO_x易引起急性毒性，动物呼吸道疾病，破坏植物叶片，引起酸雨和光化学烟雾等环境问题。随着氮氧化物排放量呈逐年增长的趋势，目前，我国已经将氮氧化物列为重要的大气污染物减排指标之一。因此，研究适合我国工厂烟气排放系统特点的烟气脱硝技术，对我国大气污染的治理有着举足轻重的意义。

当前所用的脱硝方法主要是以二氧化钛基为催化剂的SCR法，利用还原剂（NH₃和尿素等）在金属氧化物（如V₂O₅，V₂O₅-WO₃和V₂O₅-MoO₃等）的催化作用下，选择性地与NO_x发生氧化还原反应，生成N₂和水蒸气，从而达到脱硝的目的。但是该工艺存在以下缺点：反应的温度区间窄（250~400℃），反应温度过低会使催化剂活性降低，导致脱硝效果不佳甚至催化剂损坏；反应温度过高则会使NH₃与O₂生成NO_x，还会引起催化剂的相变从而活性退化；使用的还原剂NH₃对设备具有腐蚀性，容易产生泄露，催化剂的基底为昂贵的TiO₂，易中毒，脱硝成本高，需要对烟气进行加热，能耗较高。尤其应该指出的是，近年来，我国局部地区雾霾现象日趋严重，部分研究认为SCR或SNCR脱硝涉及的氨逸散有一定的相关性。因此，开发无氨和低成本的新型脱硝工艺已成为当下的研究热点。

众所周知，NO比较稳定, 无论在水中或碱液中都不被吸收。将烟气中的NO部分地氧化为NO₂, 使NO：NO₂比例接近1：1，再采用碱液吸收法，能够实现烟气中NOx的高效去除，这为高效脱硝提供了新的思路。活性炭作为优秀的炭吸附材料，天然具有发达的孔隙结构和丰富的表面基团，在NO的吸附氧化过程中可以起到吸附剂、氧化剂和催化剂载体等重要作用。另一方面，MnO₂是具有催化作用的两性金属氧化物，广泛地用于环境中污染物降解去除；在有O₂条件下，MnO₂可以催化氧化NO生成NO₂，其反应机理为NO首先与活性Mn位点形成亚硝酰，随后被晶格O氧化形成硝基，最后分解成为气态NO₂。因此，在活性炭上负载MnO₂，通过催化氧化-碱液吸收方式，有望实现烟气中氮氧化物的高效去除，这对于实现工业烟气高效低温脱硝具有重要意义。

发明专利申请CN1962034A提出了一种循环流化床干法烟气同时脱硫脱硝脱汞的方法，利用粉煤灰、消石灰和强氧化剂等添加剂组成的混合吸收液同时脱除二氧化硫、氮氧化物和汞，但是其对各种污染物的脱除效率都不够高，效果综合。发明专利申请CN102091517A则公开了一种一体化脱硫脱硝脱汞吸收液的制备方法，该吸收液由碱性吸收液、强氧化剂和还原剂混合组成，可在湿法吸收过程中实现同时脱硫脱硝脱汞，但是脱硝效率有限。发明专利申请CN200810021614.2提出了一种超声波一体化脱硫脱硝脱汞方法，利用超声波在反应液中产生空化效应时释放出的具有强氧化性的羟基自由基OH·与烟气中的二氧化硫、氮氧化物发生氧化脱除反应，但成本较高。发明专利申请CN1923337A提出了一种锅炉烟气多种污染物臭氧氧化同时脱除装置及其方法，利用过量的臭氧同时氧化烟气中的二氧化硫、氮氧化物、汞及其他污染物，之后再进行吸收，达到了良好的污染物脱除效果。但是该方法需要消耗大量的外来强氧化剂，强氧化剂的制备过程能耗很高，影响了其经济性，臭氧的使用将带来潜在的污染。发明专利CN 102527205 B公开了一种基于催化氧化的烟气同时脱硫脱硝脱汞的方法，其采用的催化剂是以TiO₂或ZrO₂-TiO₂为载体， Mn₂O₃或元素Pt为活性成份，不涉及活性炭作为载体，整个工艺过程复杂，成本较高。