水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺.pdf

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1、(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202310663633.X(22)申请日 2023.06.06(71)申请人 西安文理学院地址 710065 陕西省西安市科技六路1号 申请人 西安润达化工科技有限公司(72)发明人 张常虎晏志军谢晓安唐永强焦宝娟张纹(74)专利代理机构 西安铭泽知识产权代理事务所(普通合伙)61223专利代理师 庄华红(51)Int.Cl.B01D 53/79(2006.01)B01D 53/86(2006.01)B01D 53/90(2006.01)B01D 53/56(2006.01)(54)发明名称一种。

2、水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺(57)摘要本发明属于水泥窑烟气脱硝技术领域，具体涉及一种水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，包括以下步骤：S1、将金属盐水溶液与沉淀剂、助剂混合后，制备金属盐混合液；S2、将S1制备的金属盐混合液与氨水混合，制得含有金属氢氧化物的混合液；S3、将S2制备的混合液喷洒至SNCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉850950的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。本发明能够实现NON2转化，且转化率极高，减少至少30氨水使用量，实现38ppm氨逃逸。权利要求书1页 说明书。

3、6页 附图3页CN 116603384 A2023.08.18CN 116603384 A1.一种水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、将金属盐水溶液与沉淀剂、助剂混合后，制备金属盐混合液；S2、将S1制备的金属盐混合液与氨水混合，制得含有金属氢氧化物的混合液；S3、将S2制备的混合液喷洒至SNCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉850950的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。2.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，还在SNCR工艺中的。

4、烟道150处喷洒脱氨剂。3.根据权利要求2所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，所述脱氨剂为钴盐和炭黑按质量比为3:4混合制成。4.根据权利要求2所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，从烟道排放的NOx50mg/m3，氨逃逸为38ppm。5.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，S1中，金属盐水溶液的质量浓度为510。6.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，S1中，沉淀剂为氨水或Na2CO3，沉淀剂的添加量为金属盐水溶液质量的15。7.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，S1中，助剂为Ti盐，助剂的。

5、添加量为金属盐水溶液质量的510。8.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，S2中，金属盐混合液与氨水的体积比为5:95。9.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，S2中，金属氧化物为Fe2O3、CuO、Mn3O4、CeO2中的一种或几种。10.根据权利要求1所述的水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，其特征在于，S1制备的金属盐混合液在计量泵的作用下，输送至静态混合器，与氨水混合，由所述静态混合器输出的含有金属氢氧化物的混合液进入调节及控制系统，最终通过喷雾系统喷洒至分解炉内，发生SCR反应和SNCR反应。权利要求书1/1 页2CN 116603384。

6、 A2一种水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺技术领域0001本发明属于水泥窑烟气脱硝技术领域，具体涉及一种水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺。背景技术0002水泥窑烟气具有如下特点：粉尘含量高、烟尘浓度达30120g/m3、硬度大、有一定的粘度；粉尘粒径小(小于10 m的颗粒约占7590)、比电阻高，粉尘容易团聚；NOx含量高，基本在2001000mg/m3；粉尘中碱金属及碱土金属、少量重金属含量高。到目前，水泥窑企业大多采用选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)，其是采用NH3作为还原剂，可选择性地还原反应烟气中的NOx，具体是在高温条件下发生：00036NO+4NH35N2+6H2O00044NO+4N。

7、H3+O24N2+6H2O00056NO2+8NH37N2+12H2O0006但是，为了保证其脱硝效率常常会向系统中喷入过量氨，反应效率最高为70，且易受到窑烧成温度的影响，过量的喷入氨水，不仅无法完全反应使得NOx低于50mg/m3，更易造成氨逃逸的超标(大于100ppm)。另外，高温下过强的还原气氛使副反应增强，易造成NO浓度的成倍升高，造成NOx不降反而升高，导致突破不了SNCR脱硝技术低排(实际NOx100mg/m3)。最后，在烟道出口挥发氨严重超标(氨逃逸50ppm)。0007因此水泥窑行业降低NOx方法：逐步采用低氮燃烧+分级燃烧+选择性催化还原技术(SCR)脱硝等。其中，SCR脱。

8、硝技术是利用合适的催化剂，以氨作为还原气体，利用还原剂的选择性，优先与氮氧化物废气发生反应，进而将氮氧化物还原成氮气和水。SCR脱硝技术因具有实用性、转化率和选择性较高等优点，能够实现超低排放目标，也是最有效的脱硝技术之一。但是，目前SCR脱硝技术存在不足之处：第一，由于水泥窑烟气中粉尘具有浓度大、粒径小、钙质成分高的特点，为了有效使用发挥催化剂的作用必须考虑降尘设备，资金雄厚水泥企业多采用能耗较高的高温电除尘器，而对于民营及小型水泥企业常采用吸收池降尘，由于他们的稳定性和耐用性较差，维修频率高和容易造成二次污染物太多，有的甚至考虑排污达标检查停修和下调运行能力，破坏正常运行生产；第二，为满足。

9、催化反应条件，需要一定单独设备催化反应器，由于水泥窑炉烟气成分多变和防粉尘的包裹，导致催化剂失效或降低作用，因此需要在催化剂类型、结构设计、安装设备及更换的频率考虑，导致投资成本太高。0008从后来采用SCR技术的发展情况来看，有两种选择：一是将SCR设备安装在除尘器之前，这时烟气温度较高，可满足催化还原反应要求，但由于粉尘浓度过高，会造成催化剂磨损和堵塞。另一种选择是将SCR设备安装在除尘器之后，这时粉尘浓度非常低，没有了催化剂堵塞问题，但由于温度下降较多，催化还原反应温度不够。所以，大多数企业倾向于将SCR设备安装在除尘器之后，希望通过加温的方式将烟气温度提高，从而满足SCR的催化还原反应。

10、温度要求。SCR技术一次投资较大，运行成本主要取决于催化剂的寿命。由于水泥窑说明书1/6 页3CN 116603384 A3尾废气粉尘浓度高，且含有碱金属，易使催化剂磨损、堵塞和中毒，需要采用可靠的清灰技术和合适的催化剂。0009因此，如何实现水泥窑烟气高效脱硝且降低成本是需要克服的难题。发明内容0010为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，利用水泥窑高温区(850950)，实现含有主要成分的盐溶液迅速转化为金属氧化物催化剂，提高脱硝效果，降低氨水使用量，降低成本。0011本发明具体是通过如下技术方案来实现的。0012一种水泥窑高温烟气SCR脱硝新工艺，包括以下步。

11、骤：0013S1、将金属盐水溶液与沉淀剂、助剂混合后，制备金属盐混合液；0014S2、将S1制备的金属盐混合液与氨水混合，制得含有金属氢氧化物的混合液；0015S3、将S2制备的混合液喷洒至SNCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉850950的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。0016优选的，还在SNCR工艺中的烟道150处喷洒脱氨剂。0017优选的，所述脱氨剂为钴盐和炭黑按质量比为3:4混合制成。0018优选的，从烟道排放的NOx50mg/m3，氨逃逸为38ppm。0019优选的，S。

12、1中，金属盐水溶液的质量浓度为510。0020优选的，S1中，沉淀剂为氨水或Na2CO3，沉淀剂的添加量为金属盐水溶液质量的15。0021优选的，S1中，助剂为Ti盐，助剂的添加量为金属盐水溶液质量的510。0022优选的，S2中，金属盐混合液与氨水的体积比为5:95。0023优选的，S2中，金属氧化物为Fe2O3、CuO、Mn3O4、CeO2中的一种或几种。0024优选的，S1制备的金属盐混合液在计量泵的作用下，输送至静态混合器，与氨水混合，由所述静态混合器输出的金属氢氧化物的混合液进入调节及控制系统，最终通过喷雾系统喷洒至分解炉内，发生SCR反应和SNCR反应。0025本发明与现有技术相比。

13、具有如下有益效果：0026本发明是在水泥窑末端处理技术基础之上，利用非催化还原反应(SNCR)的现有设备设施及工艺路线正常运行，采用低氮燃烧+分级燃烧+SNCR+SCR+脱氨剂联合技术方案：0027(1)利用原来输送氨水的喷枪和管道，破口管道增添催化剂原料混合设备，充分利用分解炉的高温炉膛(850950)进行分类反应，一部分发生选择性氨水的非催化还原反应(SNCR)，另一部分发生反应是最重要的，在高温区对喷入的混合盐溶液极速转化为高温具有表面超活性能的纳米级粒子的催化剂，新生成的催化剂能够类似分子级别的碰撞，发生高温环境下的催化反应(SCR)，能够使得95NOxN2实现脱硝：0028具体的，先。

14、将金属盐与氨水混合，部分水解生成金属氢氧化物，之后通过原来输送氨水的喷枪和管道喷洒至SNCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉850950的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。本发明使用普通化合物生成高活性的物说明书2/6 页4CN 116603384 A4质，并实现分子级别碰撞反应(Fe2O3、CuO、Mn3O4、CeO2等常温下不具有的性质)，进而提高催化效果。0029(2)在无催化剂反应时，6NO+4NH35N2+6H2O比4NO+4NH3+O24N2+6H2O反应速率小，为了防止N。

15、ONO2转化，会消耗大量活化氨分子(6NO2+8NH37N2+12H2O)，提高还原剂NH3有效反应，进而提高NOxN2转化率来实现脱硝，而利用本发明方法后可减少至少30氨水使用量(体积量)。0030(3)为了尽可能减少氨逃逸，同时为防止过量氨水随烟和尘排泄使得氨逃逸超标，本发明在烟道上安装小型设备喷洒吸氨剂固体，最后利用粉尘回收而清除。0031(4)本发明整体体现为投资较少，效果明显，绿色环保生产。本发明能够让水泥厂满足排放标准(NOx50mg/m3，氨逃逸10ppm)的要求(氨逃逸为38ppm)。附图说明0032图1为本发明SCR催化剂注入工艺流程图；0033图2为850950分解炉SCR。

16、反应过程示意图；0034图3为SCR反应催化剂形态变化示意图。具体实施方式0035为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。0036本发明核心技术如下：0037高温条件下脱硝的新技术：主要是利用水泥窑高温区(850950)，实现含有主要成分的盐溶液迅速转化为金属氧化物。00381、高温催化剂制备的原料及制备方法的选择；催化剂反应效率高效且稳定；0039考虑催化剂的抗尘和抗高温，稳定性。

17、较强，常选择普通金属氧化物在SCR工艺中为高温生成，其中Ce、Fe、Cu、Mn等金属氧化物对应的盐物质复合成氧化物是考虑重点物料，原因在于：金属氧化物催化剂包括V2O5、WO3、CuO、MnOx、CeO、Fe2O3等金属氧化物及其混合物，由于其具有表面酸性强、比表面积大、来源广泛等优点，是目前研究最多也是技术最成熟的催化剂。催化活性强弱顺序为：Fe2O3CuOV2O5Cr2O3MnO2WO3MoO3；抗中毒能力强弱顺序为：Fe2O3V2O5Cr2O3MnO2WO3MoO3CuO。目前商用SCR脱硝反应的催化剂通常采用以WO3或MoO3为助催化剂的V2O5/TiO2催化剂，因为钒基催化剂具有生物。

18、毒性容易造成二次污染而逐步被淘汰。因此，要求高温条件的的稳定及催化活性，重点以Fe2O3、CuO、Mn3O4、CeO2为基础展开，开发新型无毒、廉价、高效高温的SCR脱硝催化剂成为项目的重中之重。0040根据第一性原理和密度泛函理论，模拟计算金属氧化物(CeO2、FeOx、CuO、MnOx)的晶格参数、能量、化学键以及电子结构(如能带、态密度、布局数、电荷密度等)的计算；判断金属氧化物表面和界面的电子结构、松弛、重构以及表面吸附和化学反应等表面和界面问题进行计算，针对掺杂不同金属元素进行计算，预判金属氧化物的各项基本性质，构建微观层面的催化剂复合构型。说明书3/6 页5CN 116603384。

19、 A50041例如，通过质量比把FeCl3和KMnO4、CuCl2溶解后，形成均匀的510水溶液后，与管道氨水混合，碱性条件下，FeCl3和CuCl2部分水解转化为Fe(OH)3和Cu(OH)2，在喷洒入高温区发生剧烈反应：Fe(OH)3Fe2O3+H2O(g)；Cu(OH)2CuO+H2O(g)；KMnO4MnO2，转化为纳米级的氧化物。00422、催化反应0043在高温区的新生成氧化物具有表面超活性能的纳米级粒子的催化作用，其活性类似分子级别的碰撞发生高温下的催化反应(SCR)，6NO+4NH35N2+6H2O和4NO+4NH3+O24N2+6H2O；6NO2+8NH37N2+12H2O，。

20、尽可能使得95NOxN2实现脱硝。00443、氨逃逸的控制0045由于水泥窑粉尘较高，会随烟气扩散并吸收氨气，所以在回收时静电除尘有氨气散发出，防止氨逃逸超标，在烟道150左右处，喷洒液态脱氨剂，满足高尘条件固态快速吸附及反应，便于回收。0046具体实施过程为：0047一种水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，包括以下步骤：0048S1、将金属盐水溶液与沉淀剂、助剂混合后，制备金属盐混合液；0049沉淀剂为氨水或Na2CO3，助剂为可溶性钛盐。0050S2、将S1制备的金属盐混合液与氨水混合，制得含有金属氢氧化物的混合液；金属盐混合液与氨水的体积比例为5:95。0051S3、将S2制备的混合液喷洒至S。

21、NCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉850950的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。0052上述步骤具体通过以下方式实现，如图1所示，将Ce、Fe、Cu、Mn盐水溶液与沉淀剂、助剂在催化剂原料混合设备继续进行搅拌混合，之后在计量泵的作用下，输送至静态混合器，与氨水混合，由静态混合器输出的金属氢氧化物的混合液进入调节及控制系统，最终通过喷雾系统喷洒至分解炉内，发生SCR反应和SNCR反应。上述过程充分利用了的SNCR现有设备设施及工艺路线，当上述含有金属盐/金属氢氧化物/氨水的混合液喷。

22、入分解炉后，如图2所示，在850950的炉温下，混合盐溶液极速转化为高温具有表面超活性能的纳米级粒子的催化剂，新生成的催化剂能够类似分子级别的碰撞，发生高温环境下的催化反应(SCR)，能够使得95NOxN2实现脱硝(该数据是根据工艺及实施，大试一定时间后，根据企业大试前后，检测的仪表读出数据平均值，差量计算后得到)，这个过程是Fe2O3、CuO、Mn3O4、CeO2等常温下不具有的性质。0053如图3所示，传统方式是将催化剂固定在催化剂固载型板上，催化剂易被磨损和堵塞，影响活性，本发明的催化剂是在850950的高温下极速转化为高温具有表面超活性能的纳米级粒子的催化剂，通过发生类似分子级别的碰撞。

23、促进催化效果，有效的避免了传统催化剂易失活的问题。0054为了尽可能减少氨逃逸，同时为防止过量氨水随烟和尘排泄使得氨逃逸超标，本发明还在SNCR工艺中的烟道安装小型设备，在150处喷洒脱氨剂(脱氨剂为钴盐和炭黑按质量比为3:4混合制成)。0055通过上述方式，可使排放的NOx50mg/m3，氨逃逸为38ppm。说明书4/6 页6CN 116603384 A60056在无催化剂反应时，6NO+4NH35N2+6H2O比4NO+4NH3+O24N2+6H2O反应速率小，为了防止NONO2转化，会消耗大量活化氨分子(6NO2+8NH37N2+12H2O)，提高还原剂NH3有效反应，进而提高NOxN2。

24、转化率来实现脱硝，利用本发明方法后可减少至少30氨水使用量(体积量)。0057下面具体通过以下实施例对本发明的上述内容进行说明。0058实施例10059本实施例是2500t/d水泥生长线，采用本发明水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，金属盐混合液在计量泵的作用下，输送至静态混合器，与氨水混合，由所述静态混合器输出的金属氢氧化物的混合液进入调节及控制系统，最终通过喷雾系统喷洒至分解炉内，发生SCR反应和SNCR反应，具体包括以下步骤：0060S1、将FeCl3、KMnO4、CuCl2按质量比1：1：1溶解后，形成质量浓度为5水溶液，在水溶液中加入水溶液质量1的Na2CO3，水溶液质量5的Ti盐，制备金。

25、属盐混合液。0061S2、将S1制备的金属盐混合液与氨水按体积比为5:95混合，制得含有金属氢氧化物的混合液；0062S3、将S2制备的混合液喷洒至SNCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉850的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。在SNCR工艺中的烟道150处喷洒脱氨剂，脱氨剂为钴盐和炭黑按质量比为3:4混合制成。0063最终从烟道排放的NOx50mg/m3，氨逃逸为3ppm，整个流程氨水的使用量1123t/a。0064对比例100652500t/d水泥生长线，使用传统SNCR方法脱硝。

26、，即没有在分解炉内喷洒实施例1中的混合液，也没有在烟道150处喷洒脱氨剂，最终使用氨水1728t/a。0066实施例1与对比例1相比，减少氨水用量35。0067实施例20068本实施例是5000t/d水泥生长线，采用本发明水泥窑高温烟气SCR脱硝工艺，金属盐混合液在计量泵的作用下，输送至静态混合器，与氨水混合，由所述静态混合器输出的金属氢氧化物的混合液进入调节及控制系统，最终通过喷雾系统喷洒至分解炉内，发生SCR反应和SNCR反应，具体包括以下步骤：0069S1、将FeCl3、KMnO4、CuCl2按质量比1：1：1溶解后，形成质量浓度为5水溶液，在水溶液中加入水溶液质量5的Na2CO3，水溶。

27、液质量10的Ti盐，制备金属盐混合液。0070S2、将S1制备的金属盐混合液与氨水按体积比为5:95混合，制得含有金属氢氧化物的混合液；0071S3、将S2制备的混合液喷洒至SNCR工艺中的分解炉内，金属氢氧化物在分解炉950的炉温下，生成纳米级金属氧化物催化剂，一部分氨在催化剂的催化下，与烟气中的NOx发生SCR反应；另一部分氨与烟气中的NOx发生SNCR反应。在SNCR工艺中的烟道150处喷洒脱氨剂，脱氨剂为钴盐和炭黑按质量比为3:4混合制成。0072最终从烟道排放的NOx50mg/m3，氨逃逸为8ppm，整个流程氨水的使用量2380t/a。说明书5/6 页7CN 116603384 A7。

28、0073对比例200745000t/d水泥生长线，使用传统SNCR方法脱硝，即没有在分解炉内喷洒实施例2中的混合液，也没有在烟道150处喷洒脱氨剂，最终使用氨水3500t/a。0075实施例2与对比例2相比，减少氨水用量32。0076与目前企业采用的SCR技术相比，本发明无需另设催化反应器，充分利用了SNCR的现有设备设施及工艺路线，只需在输送氨水的管道中混合金属盐溶液，利用原来输送氨水喷枪和管道，将混合液喷洒至分解炉中，充分利用分解炉的高温炉膛(850950)进行分类反应，一部分发生选择性氨水的非催化还原反应(SNCR)，另一部分发生反应是最重要的，在高温区对喷入的混合盐溶液极速转化为高温具。

29、有表面超活性能的纳米级粒子的催化剂，新生成的催化剂能够类似分子级别的碰撞，发生高温环境下的催化反应(SCR)，能够使得95NOxN2实现脱硝：催化效果好，投资少，且催化剂是利用了目前常用的催化剂，但是与传统催化剂使用形式不同，传统催化剂是固定在催化剂固载型板上，本发明的催化剂为纳米级粒子，通过类似分子级别的碰撞，发生高温环境下的催化反应，提高催化效果，也就是说，本发明的催化剂原料易得，并且催化效果更好，整个路线投资少，效果好，适合推广应用。0077显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。说明书6/6 页8CN 116603384 A8图1说明书附图1/3 页9CN 116603384 A9图2说明书附图2/3 页10CN 116603384 A10图3说明书附图3/3 页11CN 116603384 A11。