CN111093828A - 脱硫用催化剂、上述脱硫用催化剂的制造方法以及利用上述脱硫用催化剂的脱硫方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种脱硫用催化剂,包含:(a)从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物;(b)从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属;以及,(c)从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物。适用本发明的脱硫用催化剂,形成在两个四面体层之间介有一个八面体层的2:1型层状结构且因为仅对八面体层内部的3个正(+)电荷位中的2个进行填充而在整体上呈现出负(‑)电荷,而且通过与金属离子一起螯合而形成金属螯合物,从而能够高效地对燃烧物燃烧时的硫氧化物(SOx)进行吸附去除。
Description
技术领域
本发明涉及一种脱硫用催化剂、上述脱硫用催化剂的制造方法以及利用上述脱硫用催化剂的脱硫方法,尤其涉及一种通过利用具有脱硫功能的脱硫用催化剂减少燃烧物燃烧时的硫氧化物(SOx)的脱硫用催化剂、上述脱硫用催化剂的制造方法以及利用上述脱硫用催化剂的脱硫方法。
背景技术
硫氧化物(SOx)以及氮氧化物(NOx)是导致大气污染的重要的污染源,尤其是,当包含硫磺成分的化石燃料燃烧时释放出的产业废气中所包含的硫氧化物会导致如酸雨等各种环境污染问题。
长久以来,人们一直致力于研发出能够从如上所述的产业废气中去除硫氧化物的脱硫方法,在工厂或使用化石燃料的发电站,通常采用燃烧后处理方法即排烟脱硫法。
排烟脱硫法是指在对包含硫磺气体的化石燃料进行燃烧之后对其排放气体进行脱硫处理的方法,如上所述的排烟脱硫方法包括湿式法以及干式法。湿式法是通过利用氨水、氢氧化钠溶液、石灰乳等对排放气体进行洗涤而去除硫氧化物的方法,而干式法是通过使如活性炭、碳酸盐等颗粒或粉末与排放气体接触而对二氧化硫进行吸附或使其发生反应并借此去除硫氧化物的方法。
但是,为了使用排烟脱硫法,需要单独构建用于对排放气体进行处理的脱硫设备,而且具有脱硫设备运行时的人力以及成本需求较高且脱硫过程复杂的问题。
因此,为了减少化石燃料燃烧时的硫氧化物的排放量,急需研发出一种结构简单、使用方便且脱硫效果优秀的脱硫用组合物以及脱硫方法。
专利内容
本发明的目的在于解决如上所述的现有问题而提供一种能够适用于化石燃料的燃烧的结构简单、使用方便且脱硫效果优秀的脱硫用催化剂、脱硫用催化剂的制造方法以及利用脱硫用催化剂的脱硫方法。
为了达成如上所述的技术课题,本发明提供一种脱硫用催化剂,包含:(a)从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物;(b)从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属;以及,(c)从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物。
此外,本发明的特征在于:上述氧化物包含SiO2 15~90重量份、Al2O3 15~100重量份、Fe2O3 10~50重量份、TiO2 5~15重量份、MgO 20~150重量份、MnO 10~20重量份、CaO 20~200重量份、Na2O 15~45重量份、K2O 20~50重量份以及P2O3 5~20重量份,上述金属包含Li 0.0035~0.009重量份、Cr 0.005~0.01重量份、Co 0.001~0.005重量份、Ni0.006~0.015重量份、Cu 0.018~0.03重量份、Zn 0.035~0.05重量份、Ga 0.04~0.08重量份、Sr 0.02~0.05重量份、Cd 0.002~0.01重量份以及Pb 0.003~0.005重量份。
此外,本发明的特征在于:上述氧化物以及上述金属的颗粒大小为1~2μm,比重为2.5~3.0。
此外,本发明的特征在于:包含四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)20~130重量份、氢氧化钠(NaOH)15~120重量份、硅酸钠(Na2SiO3)50~250重量份以及过氧化氢(H2O2)10~50重量份。
此外,本发明的特征在于:上述脱硫用催化剂是由上述氧化物、上述金属以及上述液状组合物形成金属螯合物。
此外,本发明的特征在于:上述脱硫用催化剂是在600~900℃下硫氧化物(SOx)的吸附效果被活性化。
本发明提供一种脱硫用催化剂的制造方法,包括:(a)对从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物进行混合以及微粉化的步骤;(b)对从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属进行混合以及微粉化的步骤;以及,(c)将上述步骤(a)中的上述氧化物以及上述步骤(b)中的上述金属粉末与从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物进行混合而形成脱硫用催化剂的步骤。
此外,本发明的特征在于:在上述步骤(a)中,上述氧化物粉末包含SiO2 15~90重量份、Al2O3 15~100重量份、Fe2O3 10~50重量份、TiO2 5~15重量份、MgO 20~150重量份、MnO 10~20重量份、CaO 20~200重量份、Na2O 15~45重量份、K2O 20~50重量份以及P2O35~20重量份。
此外,本发明的特征在于:在上述步骤(b)中,上述金属粉末包含Li 0.0035~0.009重量份、Cr 0.005~0.01重量份、Co 0.001~0.005重量份、Ni 0.006~0.015重量份、Cu 0.018~0.03重量份、Zn 0.035~0.05重量份、Ga 0.04~0.08重量份、Sr 0.02~0.05重量份、Cd 0.002~0.01重量份以及Pb 0.003~0.005重量份。
此外,本发明的特征在于:上述步骤(a)中的上述氧化物粉末以及上述步骤(b)中的上述金属粉末是以1~2μm的颗粒大小进行微粉化。
此外,本发明的特征在于:在上述步骤(c)中,上述液状组合物包含四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)20~130重量份、氢氧化钠(NaOH)15~120重量份、硅酸钠(Na2SiO3)50~250重量份以及过氧化氢(H2O2)10~50重量份。
此外,本发明的特征在于:在上述步骤(c)中,上述氧化物粉末、上述金属粉末以及上述液状组合物形成金属螯合物。
此外,本发明的特征在于:将在上述步骤(c)中形成的上述脱硫用催化剂,分离成:对通过沉淀过程沉淀的脱硫用催化剂进行分离以及干燥的粉末形态的脱硫用粉末催化剂;以及,对上述沉淀的脱硫用催化剂进行分离之后剩余的液状形态的脱硫用液状催化剂;进行使用。
本发明提供一种利用脱硫用催化剂的脱硫方法,通过将上述记载的脱硫用催化剂与燃烧物混合燃烧而对硫氧化物进行吸附以及去除。
此外,本发明的特征在于:根据上述燃烧物的C、H、N、S含量比例,对所混合的上述脱硫用催化剂的比例进行调节。
适用本发明的脱硫用催化剂,形成在两个四面体层之间介有一个八面体层的2:1型层状结构且因为仅对八面体层内部的3个正(+)电荷位中的2个进行填补而在整体上呈现出负(-)电荷,而且通过与金属离子一起螯合而形成金属螯合物,从而能够高效地对燃烧物燃烧时的硫氧化物(SOx)进行吸附去除。
此外,适用本发明的脱硫用催化剂,包含通过吸附到在燃烧物颗粒中生成的灰分(ash)而使其多孔性被活性化并通过与存在于灰分内的硫氧化物发生反应而对其进行去除的液状组合物,从而能够呈现出优秀的硫氧化物排放量降低效果。
此外,适用本发明的脱硫用催化剂,与对燃料燃烧之后的排放气体进行脱硫的现有的方法不同,采用在对燃烧物进行燃烧之前与脱硫用催化剂混合之后再进行燃烧的方式,从而能够达成不需要追加脱硫设备投资、结构简单且适用性优秀的效果。
附图说明
图1是对适用本发明之一实施例的SO2平均总排放量特性试验结果进行图示的示意图。
图2是对适用本发明之一实施例的SO2排放降低效率进行图示的示意图。
图3是对适用本发明之一实施例的不同的氧气过剩率区间下的SO2平均排放量试验结果进行图示的示意图。
图4是对适用本发明之一实施例的SO2排放降低效率进行图示的示意图。
图5是对适用本发明之一实施例的氧气过剩率整体区间的SO2排放降低效率进行图示的示意图。
图6是对适用本发明之一实施例的排放气体未燃尽碳排放比例进行图示的示意图。
具体实施方式
在本发明的实施例中公开的特定结构乃至功能性说明,只是为了对适用本发明之概念的实施例进行说明,适用本发明之概念的实施例能够以多种不同的形态实施。此外,本发明并不应该解释为限定于在本说明书中说明的实施例,而是应该理解为包含本发明的思想以及技术范围内所包含的所有变更物、均等物乃至替代物。接下来,将结合附图对本发明进行详细的说明。
本发明提供一种脱硫用催化剂,包含:(a)从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物;(b)从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属;以及,(c)从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物。
适用本发明的脱硫用催化剂,能够包含从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物,而且如下述的一实施例,使用同时包含SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3的氧化物为宜。
当同时包含SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3时的基本化学式为K0.8-0.9(Al、Fe、Mg)2(Si、Al)4O10(OH)2,是一种通常被称之为伊利石(illite)的矿物质,伊利石在默认状态下是在两个四面体层之间介有一个八面体层并与其结合的2:1结构,而且因为上述八面体层是结合结构内的3个阳离子位中的仅2个被阳离子填补的双八面体(dioctahedral)结构,因此阳离子的不足会导致其整体带负(-)电荷,从而能够在与脱硫用催化剂混合的燃烧物燃烧时对硫氧化物(SOx)进行吸附。
在脱硫用催化剂中,各个氧化物能够包含SiO2 15~90重量份、Al2O3 15~100重量份、Fe2O3 10~50重量份、TiO2 5~15重量份、MgO 20~150重量份、MnO 10~20重量份、CaO20~200重量份、Na2O 15~45重量份、K2O 20~50重量份以及P2O3 5~20重量份。
此外,氧化物在形成脱硫用催化剂之前能够利用微粉化器混合以及微粉化成颗粒大小为1~2μm的微型颗粒,以比重为2.5~3.0的条痕色以及银白色的粉末形态使用。
适用本发明的脱硫用催化剂能够包含从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属,而且如下述的一实施例,使用同时包含Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb的金属为宜。
在脱硫用催化剂中,各个金属能够包含Li 0.0035~0.009重量份、Cr 0.005~0.01重量份、Co 0.001~0.005重量份、Ni 0.006~0.015重量份、Cu 0.018~0.03重量份、Zn 0.035~0.05重量份、Ga 0.04~0.08重量份、Sr 0.02~0.05重量份、Cd 0.002~0.01重量份以及Pb 0.003~0.005重量份。
此外,与上述氧化物相同,金属也能够利用微粉化器混合以及微粉化成颗粒大小为1~2μm的微型颗粒,以比重为2.5~3.0的条痕色以及银白色的粉末形态使用。
适用本发明的脱硫用催化剂能够包含从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物,而且如下述的一实施例,使用同时包含四硼酸钠、氢氧化钠、硅酸钠以及过氧化氢的液状组合物为宜。
适用本发明的脱硫用催化剂在上述氧化物、液状组合物混合以及发生反应的过程中将起到螯合剂作用并通过与金属的配位结合而形成螯合的金属螯合物。
此外,液状组合物能够通过吸附到在燃烧物燃烧时生成的灰分(ash)中而与存在于灰分内的硫氧化物发生反应并对其进行去除。从四硼酸钠即Na2B4O7中衍生出NaBO2并通过氢化生成NaBH4,而所生成的NaBH4通过与氧气以及硫氧化物发生反应而生成硫酸钠(Na2SO4)并借此去除硫氧化物,其反应过程如下述反应式1以及反应式2所示。
【反应式1】
NaBH4+O3→Na2O2+H2O+B
【反应式2】
1)Na2O2+SO3→Na2SO4+O
2)Na2O2+SO2→Na2SO4
3)Na2O2+SO→Na2SO3
此外,在脱硫中催化剂中,各个液状组合物能够包含四硼酸钠20~130重量份、氢氧化钠15~120重量份、硅酸钠50~250重量份以及过氧化氢10~50重量份。
适用本发明的脱硫用催化剂,在400~1200℃的温度范围内与燃烧物混合燃烧时能够将对硫氧化物的吸附效果活性化,但是在600~900℃的温度范围内燃烧时能够呈现出更高的效率。
此外,本发明提供一种上述脱硫用催化剂的制造方法。
适用本发明的脱硫用催化剂,提供一种脱硫用催化剂的制造方法,包括:(a)对从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物进行混合以及微粉化的步骤;(b)对从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属进行混合以及微粉化的步骤;以及,(c)将上述步骤(a)中的上述氧化物以及上述步骤(b)中的上述金属与从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物进行混合而形成脱硫用催化剂的步骤。
上述步骤(a),是对从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物粉末进行混合并通过微粉化器进行微粉化的步骤。
在本步骤中,氧化物能够包含SiO2 15~90重量份、Al2O3 15~100重量份、Fe2O3 10~50重量份、TiO2 5~15重量份、MgO 20~150重量份、MnO 10~20重量份、CaO 20~200重量份、Na2O 15~45重量份、K2O 20~50重量份以及P2O3 5~20重量份。
此外,在本步骤中能够对微粉化的氧化物粉末重复进行微粉化直至其颗粒大小达到1~2μm。
上述步骤(b)是对从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属粉末进行混合并通过微粉化器进行微粉化的步骤。
在本步骤中,金属粉末能够包含Li 0.0035~0.009重量份、Cr 0.005~0.01重量份、Co 0.001~0.005重量份、Ni 0.006~0.015重量份、Cu0.018~0.03重量份、Zn 0.035~0.05重量份、Ga 0.04~0.08重量份、Sr 0.02~0.05重量份、Cd 0.002~0.01重量份以及Pb0.003~0.005重量份。
此外,在本步骤中能够对微粉化的金属粉末重复进行微粉化直至其颗粒大小达到1~2μm。
上述步骤(c),是将上述步骤(a)以及上述步骤(b)中混合以及微粉化的氧化物粉末以及金属粉末与从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物混合而形成脱硫用催化剂的步骤。
在本步骤中,液状组合物能够包含四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)20~130重量份、氢氧化钠(NaOH)15~120重量份、硅酸钠(Na2SiO3)50~250重量份以及过氧化氢(H2O2)10~50重量份。
此外,在本步骤中,在上述步骤(a)以及上述步骤(b)中混合以及微粉化的氧化物粉末以及金属粉末混合以及发生反应时,氧化物粉末以及液状组合物能够起到螯合剂作用并通过与金属粉末的的螯合而形成金属螯合物。
此外,在本步骤中形成的脱硫用催化剂,能够通过进行24~72小时的沉淀而进行稳定化并通过对沉淀的脱硫用催化剂进行分离以及自然干燥而作为粉末形态的脱硫用粉末催化剂使用,也能够将对沉淀的脱硫用催化剂进行分离之后剩余的液状形态的组合物作为脱硫用液状催化剂使用。
此外,利用适用本发明的脱硫用催化剂的脱硫方法,能够通过将上述脱硫用催化剂与燃烧物混合之后燃烧而对脱硫功能进行活性化。
现有的脱硫方法是对燃烧物燃烧之后生成的排放气体中所包含的硫氧化物(SOx)进行去除的方式,具有需要配备用于执行上述过程的脱硫设备且运营上述脱硫设备所需要的人力以及费用过多的问题,但是利用适用本发明的脱硫用催化剂的脱硫方法,能够通过将脱硫用催化剂与燃烧物混合燃烧而使脱硫用催化剂对燃烧物燃烧时所发生的的硫氧化物进行吸附去除,从而最终实现降低硫氧化物排放的脱硫效果。
此外,适用本发明的脱硫用催化剂能够适用于如煤炭、石油、废弃物以及沼气等能够通过燃烧释放大量热量的燃烧物,较佳地能够适用于煤炭。
此外,如上所述的脱硫用催化剂能够被分离成脱硫用粉末催化剂以及脱硫用液状催化剂并根据所燃烧的燃烧物的C、H、N、S的含量分别或同时进行混合燃烧,从而通过单纯且简单的方法实现优秀的脱硫效果。
接下来,将结合实施例以及试验例对本发明进行更为详细的说明。
所提供的实施例以及试验例只是本发明的具体实例,并不是为了对本发明的范围进行限制。
<实施例1>
(1)脱硫用催化剂的制造
在对氧化物即SiO2 150kg、Al2O3 150kg、Fe2O3 100kg、TiO2 50kg、MgO 200kg、MnO100kg、CaO 200kg、Na2O 150kg、K2O 200kg、P2O3 50kg进行混合之后利用微粉化器进行微粉化而形成氧化物微粉化物。
在对金属即Li 35g、Cr 50g、Co 10g、Ni 60g、Cu 180g、Zn 350g、Ga 400g、Sr200g、Cd 20g、Pb 30g进行混合之后利用微粉化器进行微粉化而形成金属微粉化物。
通过反复进行微粉化而使得氧化物微粉化物以及金属微粉化物的颗粒大小达到1~2μm。
向反应炉投入3000kg的水并在维持50~60℃的状态下投入四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)50kg。在搅拌30分钟的之后投入氢氧化钠(NaOH)100kg并进行搅拌,在10分钟之后将上述经过微粉化的氧化物微粉化物以100kg为单位、5分钟为间隔分次投入并搅拌2小时以上。在持续搅拌的同时将温度上升至60~80℃并投入硅酸钠(Na2SiO3)100kg。在搅拌30分钟之后将上述经过微粉化的金属微粉化物以20g为单位、3分钟为间隔投入并搅拌。在搅拌1小时之后投入过氧化氢(H2O2)30kg并继续搅拌30分钟,接下来自然冷却1小时。
在冷却之后进行48小时的稳定化,接下来对液状组合物以及沉淀的粉末组合物进行分离。
对沉淀的粉末组合物进行自然干燥并命名为脱硫用粉末催化剂(GTS-P)。
此外,将对沉淀的粉末组合物进行分离的液状组合物移动到单独的容器中并螟蛉畏脱硫用液状催化剂(GTS-W)。
(2)实施例1(GTS-P 3)的制造
将通过上述(1)制造出的脱硫用粉末催化剂(GTS-P)3kg与俄罗斯煤炭97kg进行混合而制造出包含3wt%催化剂的实施例1(GTS-P3)。
<实施例2>
(1)脱硫用催化剂的制造
按照与实施例1中的(1)相同的方法制造出脱硫用粉末催化剂(GTS-P)。
(2)实施例2(GTS-P 5)的制造
将通过上述(1)制造出的脱硫用粉末催化剂(GTS-P)5kg与俄罗斯煤炭95kg进行混合而制造出包含5wt%催化剂的实施例2(GTS-P5)。
<实施例3>
(1)脱硫用催化剂的制造
按照与实施例1中的(1)相同的方法制造出脱硫用液状催化剂(GTS-W)。
(2)实施例3(GTS-W 0.3)的制造
将通过上述(1)制造出的脱硫用液状催化剂(GTS-W)0.3kg与俄罗斯煤炭99.7kg进行混合而制造出包含0.3wt%催化剂的实施例3(GTS-W 0.3)。
<实施例4>
(1)脱硫用催化剂的制造
按照与实施例1中的(1)相同的方法制造出脱硫用液状催化剂(GTS-W)。
(2)实施例4(GTS-W 0.5)的制造
将通过上述(1)制造出的脱硫用液状催化剂(GTS-W)0.5kg与俄罗斯煤炭99.5kg进行混合而制造出包含0.5wt%催化剂的实施例4(GTS-W 0.5)。
<比较例>
使用了没有混合脱硫用催化剂的俄罗斯煤炭100kg。
<试验例1>在沉降炉(DTF)中的SO2排放降低效率试验
(1)试验条件
为了对所制造出的脱硫用催化剂的脱硫效率进行验证,通过在煤炭的燃烧特性试验设备即沉降炉(DTF,Drop Tube Furnace)中利用在俄罗斯煤炭火力发电站中使用的俄罗斯煤炭作为比较例进行脱硫效率试验,对俄罗斯煤炭与脱硫用催化剂混合的实施例1~4的燃烧后排放气体进行了分析以及比较。
在比较例以及实施例1~4中使用的俄罗斯煤炭是将在俄罗斯当地调配的煤炭作为样本使用,而且为了对俄罗斯煤炭的基础特性进行分析而利用工业分析器(TGA-701,Leco)以及元素分析其(Micro-Truspec CHNS,Leco)执行了工业分析以及元素分析,其结果如表1所示。
【表1】
1)HHV=8100*C*0.01+34200*(H*0.01-O*0.01/8)+2500*S*0.01收到基
在【表1】中给出了对俄罗斯煤炭的工业分析以及元素分析结果。
俄罗斯煤炭适用了在煤炭火力发电站中使用的颗粒大小,将其以200mesh的基准微粉化成75μm进行使用。
比较例以及实施例1~4的脱硫效率试验是利用2区沉降炉(2zone DTF)执行,对于较低的氧气过剩条件确保了较为充分的燃烧滞留事件。
在考虑到尔罗斯煤炭火力发电站的运行条件的前提下选定了沉降炉(DTF)的运行条件,沉降炉(DTF)的脱硫效率试验条件如表2所示。
【表2】
在【表2】中给出了沉降炉(DTF)脱硫效率试验条件。
选定可在沉降炉(DTF)中适用的氧气过剩率7%、燃烧室温度条件1,050℃以及煤炭供应量0.01g/min作为试验条件,而且为了对脱硫效率进行比较而将比较例以及实施例1~4作为测定对象。
此外,为了对脱硫用催化剂的效果进行验证评估,通过在沉降炉(DTF)的后端部适用连续式燃烧气体分析器而对燃烧时所排放的过剩O2(excess O2)、CO、NO、SO2、NO2、CO2等气体进行了分析。
(2)SO2平均总排放量测定结果
图1是对按照(1)中的试验条件测定出的比较例以及实施例1~4的SO2平均总排放量特性试验结果进行图示的示意图。
SO2平均总排放量(Average SO2 emission),是指在比较例以及实施例1~4中以供应到沉降炉(DTF)中燃烧的期间内所排放出的SO2的总量为基准进行比较、分析的结果,具体是指对试验初期SO2的排放趋于稳定时开始直至煤炭供应结束时的SO2排放总量进行平均化而进行比较、分析的结果。
如图1所示,SO2平均总排放量在比较例(原煤,Raw Coal)中为743ppm,在实施例1(GTS-P 3)中为403ppm,在实施例2(GTS-P5)中为271ppm,在实施例3(GTS-W 0.3)中为538ppm,在实施例4(GTS-W 0.5)中为435ppm。
与比较例的SO2平均总排放量相比,实施例1~4的SO2平均总排放量整体呈现出了降低的趋势。
尤其是,可以发现脱硫用催化剂的混合量越高,其SO2排放降低效率就越显著,根据催化剂的形态,混合粉末形态的脱硫用粉末催化剂的实施例1~2的SO2排放降低效率最高,但是因为其与混合液状形态的脱硫用液状催化剂的实施例3~4相比的混合比高10倍以上,考虑到基于混合比例的减少特性,可以预测出在实施例3~4中使用的脱硫用液状催化剂的SO2排放降低效率更优秀。
图2是对图1所示的SO2平均总排放量相对于比较例的SO2排放降低效率(SO2reduction)进行图示的示意图,其SO2排放降低效率在实施例1(GTS-P 3)中为46%,在实施例2(GTS-P 5)中为64%,在实施例3(GTS-W 0.3)中为28%,在实施例4(GTS-W 0.5)中为41%。
如图2所示,虽然混合脱硫用液状催化剂的实施例3~4中的煤炭与催化剂的混合比例与使用脱硫用粉末催化剂的实施例1~2相比低约10倍左右,但是仍然呈现出了较高的降低效率。
<试验例2>不同的氧气过剩率区间下的SO2平均排放量特性试验
图3是对比较例以及实施例1~4的不同的氧气过剩率区间下的SO2平均排放量试验结果进行图示的示意图。
不同的氧气过剩率区间下的SO2平均排放量试验是在考虑到实际俄罗斯煤炭火力发电站中的氧气过剩条件下进行的试验,是指将在沉降炉(DTF)中进行试验的期间内的氧气过剩率划分成一定的区间并对相应区间内的SO2排放量的平均值进行比较并借此分析出降低效率的试验。此时,在因为不完全燃烧或燃料过剩状态而导致的COx排放达到100ppm以上的条件以及因为不完全燃烧而导致的NOx 50ppm以下的条件下排放的SO2的排放量被排除在外。
关于氧气过剩率,将理论上为了使燃烧物完全燃烧而需要的最小限度的氧气量称之为理论氧气量,但是因为在实际的燃烧装置中会供应比理论氧气量更多的氧气,因此将此时所供应的氧气量称之为实际氧气量。氧气过剩率,是指实际氧气量相对于理论氧气量的比例。
参阅图3,首先将氧气过剩率的区间划分为6.8~7.5%(假定平均7%)、7.6~8.5%(假定平均8%)以及8.6~9.5%(假定平均9%)并对在实际锅炉中燃烧物燃烧的过程中氧气过剩率条件变化时的情况进行了分析,可以发现在氧气过剩率升高时所排放的SO2的值有所降低。
可以发现比较例(原煤,Raw coal)在6.8~7.5%区间呈现出了最高的900ppm的SO2排放量(SO2 emission),而SO2平均排放量在实施例1(GTS-P 3)中约为300~400ppm,在实施例2(GTS-P 5)中约为200~300ppm,在实施例3(GTS-W 0.3)以及实施例4(GTS-W 0.5)中约为300~500ppm。
图4是对图3所示的不同的氧气过剩率区间下的SO2排放量(SO2 emission)与比较例相比时的SO2排放降低效率进行图示的示意图,可以发现在使用了脱硫用粉末催化剂的实施例1(GTS-P 3)以及实施例2(GTS-P 5)中呈现出了约60~70%的SO2降低效率,而在使用了脱硫用液状催化剂额实施例3(GTS-W 0.3)以及实施例4(GTS-W 0.5)中呈现出了约50~60%的SO2降低效率。
图5是对图4所示的不同的氧气过剩率区间下的SO2排放降低效率以非不同区间的整体区间为对象时的整体区间的SO2排放平均降低效率(Average SO2 reduction)进行图示的示意图。
参阅图5,整体上呈现出了50%以上的SO2排放降低效率,可以发现在使用了脱硫用粉末催化剂的实施例1(GTS-P 3)以及实施例2(GTS-P 5)中呈现出了约60%以上的SO2降低效率,而在使用了脱硫用液状催化剂额实施例3(GTS-W 0.3)以及实施例4(GTS-W 0.5)中呈现出了约50%以上的SO2降低效率。
可以发现图5所示的SO2降低效率与上述图2所示的平均降低效率有所不同,这是因为图2以及图5的试验条件存在差异。
图2是以整体排放的SO2平均总排放量为基准的降低效率,而图5是在考虑到不完全燃烧时的COx以及NOx的排放值的前提下选择性地对SO2的排放量进行了分析。借此,可以预测出当在实际锅炉上对燃烧物进行燃烧时如果有氧气过剩率以及燃烧现象的变动存在,会呈现出如图2所示的SO2排放降低效率,而在氧气过剩率稳定的运行状态下,则会呈现出如图5所示的SO2排放降低效率。
<试验例3>脱硫降低特性试验时的未燃尽碳排放特性试验
图6是对比较例以及实施例1~4的未燃尽碳排放比例进行图示的示意图。
未燃尽碳排放(Unburned carbon)比例是对催化剂的效率进行判定时的最重要的确认要素,可以判断出燃烧物燃烧时的硫氧化物排放量减少是因为未燃烧的燃烧物的量即未燃尽碳变多而导致了硫氧化物排放量的降低,还是因为催化剂的脱硫效果即在未燃尽碳的量相同或更少的情况下也能够降低硫氧化物的排放量。
参阅图6,比较例(原煤,Raw coal)中的未燃尽碳排放比例为31.1%,在实施例1(GTS-P 3)中为30.4%,在实施例2(GTS-P 5)中为34%,在实施例3(GTS-W 0.3)中为21.1%以及在实施例4(GTS-W 0.5)中为19.5%。
与比较例相比,实施例1以及实施例2的未燃尽碳排放比例呈现出了与比较例相同或略多的比例,借此可以确认这并不是因为燃烧物燃烧时的未燃尽碳,而是因为受到了催化剂的影响。
此外,在使用脱硫用液状催化剂的实施例3以及实施例4中呈现出了低于比较例的未燃尽碳排放比例,借此可以确认除了脱硫效果之外还具有提升燃烧比例的助燃效果。
通过上述的试验例1~3可以得知,在将实施例1~实施例4的脱硫用催化剂与燃烧物(俄罗斯煤炭,比较例)混合燃烧时的脱硫效果呈现出了最低28%至最高70%的降低效率,而且如试验例3的确认结果,可以确认硫氧化物的降低效果并不是因为燃烧物的未燃烧,而是实际脱硫用催化剂带来的效果。
产业可用性
本发明能够广泛适用于燃烧物燃烧时的脱硫。
Claims (15)
1.一种脱硫用催化剂,其特征在于,包括:
(a)从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物粉末;
(b)从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属;以及,
(c)从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物。
2.根据权利要求1所述的脱硫用催化剂,其特征在于:
上述氧化物包含SiO2 15~90重量份、Al2O3 15~100重量份、Fe2O310~50重量份、TiO25~15重量份、MgO 20~150重量份、MnO 10~20重量份、CaO 20~200重量份、Na2O 15~45重量份、K2O 20~50重量份以及P2O3 5~20重量份,
上述金属包含Li 0.0035~0.009重量份、Cr 0.005~0.01重量份、Co 0.001~0.005重量份、Ni 0.006~0.015重量份、Cu 0.018~0.03重量份、Zn 0.035~0.05重量份、Ga 0.04~0.08重量份、Sr 0.02~0.05重量份、Cd 0.002~0.01重量份以及Pb 0.003~0.005重量份。
3.根据权利要求1所述的脱硫用催化剂,其特征在于:
上述氧化物以及上述金属的颗粒大小为1~2μm,比重为2.5~3.0。
4.根据权利要求1所述的脱硫用催化剂,其特征在于:
包含四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)20~130重量份、氢氧化钠(NaOH)15~120重量份、硅酸钠(Na2SiO3)50~250重量份以及过氧化氢(H2O2)10~50重量份。
5.根据权利要求1所述的脱硫用催化剂,其特征在于:
上述脱硫用催化剂是由上述氧化物、上述金属以及上述液状组合物形成金属螯合物。
6.根据权利要求1所述的脱硫用催化剂,其特征在于:
上述脱硫用催化剂是在600~900℃下硫氧化物(SOx)的吸附效果被活性化。
7.一种脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于,包括:
(a)对从由SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、MnO、CaO、Na2O、K2O以及P2O3构成的组中选择的1种以上的氧化物粉末进行混合以及微粉化的步骤;
(b)对从由Li、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Cd以及Pb构成的组中选择的1种以上的金属粉末进行混合以及微粉化的步骤;以及,
(c)将上述步骤(a)中的上述氧化物粉末以及上述步骤(b)中的上述金属粉末与从由四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SiO3)以及过氧化氢(H2O2)构成的组中选择的1种以上的液状组合物进行混合而形成脱硫用催化剂的步骤。
8.根据权利要求7所述的脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于:
在上述步骤(a)中,上述氧化物粉末包含SiO2 15~90重量份、Al2O3 15~100重量份、Fe2O3 10~50重量份、TiO2 5~15重量份、MgO 20~150重量份、MnO 10~20重量份、CaO 20~200重量份、Na2O 15~45重量份、K2O 20~50重量份以及P2O3 5~20重量份。
9.根据权利要求7所述的脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于:
在上述步骤(b)中,上述金属粉末包含Li 0.0035~0.009重量份、Cr 0.005~0.01重量份、Co 0.001~0.005重量份、Ni 0.006~0.015重量份、Cu 0.018~0.03重量份、Zn 0.035~0.05重量份、Ga 0.04~0.08重量份、Sr 0.02~0.05重量份、Cd 0.002~0.01重量份以及Pb 0.003~0.005重量份。
10.根据权利要求7所述的脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于:
上述步骤(a)中的上述氧化物粉末以及上述步骤(b)中的上述金属粉末是以1~2μm的颗粒大小进行微粉化。
11.根据权利要求7所述的脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于:
在上述步骤(c)中,上述液状组合物包含四硼酸钠(Na2B4O7·10H2O)20~130重量份、氢氧化钠(NaOH)15~120重量份、硅酸钠(Na2SiO3)50~250重量份以及过氧化氢(H2O2)10~50重量份。
12.根据权利要求7所述的脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于:
在上述步骤(c)中,上述氧化物粉末、上述金属粉末以及上述液状组合物形成金属螯合物。
13.根据权利要求7所述的脱硫用催化剂的制造方法,其特征在于:
将在上述步骤(c)中形成的上述脱硫用催化剂,分离成:
对通过沉淀过程沉淀的脱硫用催化剂进行分离以及干燥的粉末形态的脱硫用粉末催化剂;以及,
对上述沉淀的脱硫用催化剂进行分离之后剩余的液状形态的脱硫用液状催化剂;进行使用。
14.一种利用脱硫用催化剂的脱硫方法,其特征在于:
通过将权利要求1值权利要求6中的某一项所述的脱硫用催化剂与燃烧物混合燃烧而对硫氧化物进行吸附以及去除。
15.根据权利要求14所述的利用脱硫用催化剂的脱硫方法,其特征在于:
根据上述燃烧物的C、H、N、S含量比例,对所混合的上述脱硫用催化剂的比例进行调节。
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