一種尖晶石型氧化物的應用及催化脫硫脫硝的方法技術

一種尖晶石型氧化物的應用及催化脫硫脫硝的方法，所述的尖晶石型氧化物為M1Fe2O4、M2Al2O4的中的一種或兩種，所述的M1、M2各自獨立的選自Ni、Cu、Mn、Zn、Mg、Fe和Co中的一種；將所述的尖晶石氧化物用作催化劑用于包含有二氧化硫、氮氧化物氣體在內的混合氣體的催化脫硫脫硝反應。本發明專利技術通過上述應用方法可以很好的保證煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的轉化率，可以實現同時催化脫硫脫硝。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于環境保護科學領域，涉及一種尖晶石型氧化物的應用，及工業煙氣中催化脫硫脫硝的方法。
技術介紹
燃燒煙氣的治理成為保護環境，修復生態最重要的內容之一，國家“十二五”規劃將增加實施總量控制的污染因子，主要污染物由兩項擴大到四項，即化學需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物，其中化學需氧量、二氧化硫排放分別減少8%，氨氮、氮氧化物排放分別減少10%。隨著國家執行的減排標準日趨嚴格，煙氣脫硫脫硝成為能源和環保領域急需解決的問題。 脫硫脫硝技術分為兩類(I)催化還原法，主要利用催化劑、還原劑等將NOx進行還原，實現同時脫硫脫硝；(2)氧化吸收法，利用各種強氧化劑，如NaC102、C102、HC103、KMn04等，將不溶于水的NO氧化生成NO2，從而與SO2在后期同時被吸收。氧化法同時脫硫脫硝通常采用的氧化劑價格比較昂貴，且脫硫脫硝產物難于分離，利用價值不大；而還原法同時脫硫脫硝工藝簡單，流程短，NOx還原產物為N2可直接排放，產物易于分離回收。因此，還原法同時脫硫脫硝更具市場應用潛力。脫硫的還原劑有炭、H2, CH4, CO、CaS, Na2S以及生物還原等；而脫硝的還原劑有尿素、NH3等。對于還原SO2主要有負載型催化劑和金屬氧化物催化劑兩大體系。NO直接分解催化劑有貴金屬催化劑、金屬氧化物、鈣鈦礦型復合氧化物和金屬離子交換的分子篩、NOx的催化還原催化劑主要分為(I)貴金屬；(2)礬金屬；(3)鐵和銅的氧化物；(4)沸石；(5)碳，包括活性炭和活性焦；(6)鑭系元素由于有些還原劑來源不方便，反應溫度高，催化劑容易中毒，因此還未得到大范圍的工業應用。開發高活性、高選擇性和不易中毒的同時脫硫脫硝催化劑是今后催化還原法的主要任務。因此，為了能夠達到同時催化脫硫脫硝的效果，且催化劑在使用過程中不易中毒，有價附屬產品易于回收。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于，提供尖晶石型氧化物的應用，可以很好的保證煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的轉化率，可以實現同時催化脫硫脫硝。本專利技術的另一目的是提供一種對煙氣進行催化脫硫脫硝的方法。利用上述催化劑在本專利技術的方法中，且能較好的回收附屬產品，以及產品硫、氮氣的回收率，解決現有脫硫脫硝效率不高且附屬產品難于分離和回收的問題。本專利技術的更進一步的目的在于，催化劑在實現催化脫硫脫硝的同時，實現碳的回收和催化劑的循環使用。本專利技術提供了尖晶石型氧化物的應用是，將所述的尖晶石氧化物用作催化劑用于包含有二氧化硫、氮氧化物氣體在內的混合氣體的催化脫硫脫硝反應；所述的尖晶石型氧化物為M1Fe2O4、M2Al2O4的中的ー種或兩種，所述的M1、M2各自獨立的選自Ni、Cu、Mn、Zn、Mg、Fe和Co中的ー種。所述的混合氣體還含有一氧化碳；通過催化劑的ー氧化碳先轉化成ニ氧化碳，再進ー步催化轉化為單質碳；所述的催化劑通過ー氧化碳活化，可實現脫硫脫硝反應中催化劑的循環使用。具體過程是首先本專利技術通過高氧空位的尖晶石型氧化物催化劑，在高溫條件下通過催化劑的高氧空位獲取混合氣體(ニ氧化硫、一氧化氮和ニ氧化氮氣體)中氧原子，使ニ氧化硫轉化為單質硫,一氧化氮和ニ氧化氮氣體轉化為氮氣,然后一氧化碳在高溫下獲取催化劑中的氧，使該段催化劑在ー氧化碳的作用下仍然保持高氧空位，而ー氧化碳轉化為ニ氧化碳，在第二段催化過程中轉化為單質碳。從而實現催化劑在實現催化脫硫脫硝的同吋，實現碳的回收和催化劑的循環使用。本專利技術的催化脫硫脫硝的方法是將包含有ニ氧化硫、氮氧化物氣體在內的混合氣體通過經過高溫加熱的尖晶石型氧化物催化劑進行催化脫硫脫硝反應；所述的高溫加熱及脫硫脫硝的反應溫度控制為300-1200°C ;所述的尖晶石型氧化物為M1Fe2CVM2Al2O4的中的ー種或兩種，所述的MpM2各自獨立的選自Ni、Cu、Mn、Zn、Mg和Co中的ー種。 所述的混合氣體還含有ー氧化碳；通過催化劑的作用ー氧化碳先轉化成ニ氧化碳，再進ー步催化轉化為單質碳；所述的催化劑通過ー氧化碳活化，實現脫硫脫硝反應中催化劑的循環使用。本專利技術的所述的尖晶石氧化物粒度優選為O. 2-20 μ m。本專利技術提出ー種催化劑對混合氣體的催化脫硫脫硝的方法，其中的混合氣體特別針對電廠和冶金工廠所排放的煙氣。本專利技術通過制備高氧空位的尖晶石型氧化物催化劑，在高溫條件下通過催化劑的高氧空位獲取混合氣體(ニ氧化硫、一氧化氮和ニ氧化氮氣體)中的氧原子，使ニ氧化硫轉化為單質硫，一氧化氮和ニ氧化氮氣體轉化為氮氣，然后ー氧化碳在高溫下獲取催化劑中的氧使催化劑仍然保持高氧空位，而ー氧化碳轉化為ニ氧化碳，在第二段催化過程中轉化為單質碳，該段催化劑在ー氧化碳的作用下重新活化保持高氧空位。將MFe2O4復合尖晶石型氧化物置入管式爐中進行高溫加熱，混合氣體經過煙氣調節后通過高溫催化劑，在管式爐后設置冷凝設備收集單質硫，其中空速3000-300(K)mlV(g · h)，反應溫度300-1200°C。所述的催化脫硫脫硝具體過程為將MFe2O4和/或MAl2O4尖晶石型氧化物催化劑置入管式爐中進行高溫加熱，混合氣體經過煙氣(或混合氣體)流量空速調節后通過高溫催化劑，在管式爐后設置冷凝設備收集單質硫。所述的高氧空位催化劑為MFe2O4和MAl2O4的復合尖晶石，M為Ni、Cu、Mn、Zn、Mg和Co中的ー種。本專利技術的所述混合氣體包括一氧化碳、ニ氧化硫、一氧化氮和ニ氧化氮氣體；ー氧化碳體積百分比為20%-80%，ニ氧化硫體積百分比為不高于30%，一氧化氮體積百分比為不高于20%，ニ氧化氮體積百分比為不高于10%。通過本專利技術的催化劑的應用可使得混合氣體中脫硫效率為95%以上；脫硝效率55%以上；ニ氧化碳轉化率91%以上，單質硫回收率89%以上，N2回收率48%以上，單質炭回收率87%以上。本專利技術提出一種同時催化脫硫脫硝的方法，特別針對電廠和冶金工廠所排放的煙氣，通過制備高氧空位的復合尖晶石型氧化物催化劑在高溫條件下通過高氧空位獲取混合氣體的氧原子，能保證煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的轉化率以及產品硫、氮氣和碳的回收率的同時，解決了現有脫硫脫硝效率不高且附屬產品難于分離和回收的問題。其工藝簡單、方便。本專利技術利用高氧空位的尖晶石型氧化物催化劑在高溫條件下通過催化劑的高氧空位獲取混合氣體(二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮氣體)中的氧原子，使二氧化硫轉化為單質硫，一氧化氮和二氧化氮氣體轉化為氮氣，然后一氧化碳在高溫下獲取催化劑中的氧使催化劑仍然保持高氧空位，而一氧化碳轉化為二氧化碳，在第二段催化過程中轉化為單質碳，該段催化劑在一氧化碳的作用下重新活化保持高氧空位。即將MFe2O4復合尖晶石型氧化物置入管式爐中進行高溫加熱，混合氣體經過煙氣調節后通過高溫催化劑，在管式爐后設置冷凝設備收集單質硫，其中空速3000-30000mL/(g *h)，反應溫度300-1200°C。本專利技術不但有效實現了同時催化脫硫脫硝的目的，同時對實現煙氣同時催化脫硫脫硝的大規模工業化應用具有重大意義。 本專利技術的催化劑可選擇按以下方法制備，具體過程為共沉淀法把Ni (NO3) 2水溶液與 Fe (NO3)3 和 Al (NO3)3 水溶液按 nNi2+ n (Fe3++Al3+) =1 2物質的量比混合，采用并流共沉淀法，以NaOH做沉淀劑本文檔來自技高網...

【技術保護點】
尖晶石型氧化物的應用，所述的尖晶石型氧化物為M1Fe2O4、M2Al2O4的中的一種或兩種，所述的M1、M2各自獨立的選自Ni、Cu、Mn、Zn、Mg、Fe和Co中的一種；將所述的尖晶石氧化物用作催化劑用于包含有二氧化硫、氮氧化物氣體在內的混合氣體的催化脫硫脫硝反應。

【技術特征摘要】
1.尖晶石型氧化物的應用，所述的尖晶石型氧化物為M1Fe2OpM2Al2O4的中的一種或兩種，所述的Mp M2各自獨立的選自Ni、Cu、Mn、Zn、Mg、Fe和Co中的一種；將所述的尖晶石氧化物用作催化劑用于包含有二氧化硫、氮氧化物氣體在內的混合氣體的催化脫硫脫硝反應。2.根據權利要求I所述的應用，所述的混合氣體含有一氧化碳；通過催化劑的一氧化碳先轉化成二氧化碳，再進一步催化轉化為單質碳；所述的催化劑通過一氧化碳活化，實現脫硫脫硝反應中催化劑的循環使用。3.根據權利要求2所述的應用，所述的混合氣體包括二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮和一氧化碳；其中混合氣體中二氧化硫的體積百分比不高于30%，一氧化氮體積百分比為不高于20%, 二氧化氮體積百分比為不高于10%, —氧化碳體積百分比為20%-80%。4.根據權利要求1-3任一項所述的應用，所述的混合氣體為電廠和冶金工廠所排放的煙氣。5.一種催化脫硫脫硝的方法，將包含有二氧化硫、氮氧化物氣體在內的混合氣體通過經過高溫加熱的尖晶石型氧化物催化劑進行催化脫硫脫硝反應；所述的高溫加熱及脫硫脫硝的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何漢兵，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：