專利名稱：添加劑改性焦炭降低燒結(jié)過程N(yùn)O_x排放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種添加劑改性焦炭降低燒結(jié)過程 N(Ux為l， 2)排放的方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)NOx的年排放量在1.0><106噸以上，鋼鐵工業(yè)燒結(jié)工序是產(chǎn)生NOx 的主要來(lái)源之一，其產(chǎn)生的NOx約占全國(guó)NOx總排放量的10y。。 NOx容易形成酸雨 和光化學(xué)煙霧，影響生態(tài)環(huán)境和危害人體健康，有效減少燒結(jié)過程中NOx的排放十 分必要。燒結(jié)過程產(chǎn)生的NOx以NO為主，約占N(X總量的95X以上。燒結(jié)的特點(diǎn)是煙 氣中NOx濃度低(200ppm 300ppm)，煙氣排放量較大(100m3/m2'min)，采用傳統(tǒng) 的煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行處理比較困難，且投資成本和操作費(fèi)用較高。因此，開發(fā)新型 的燒結(jié)過程中脫硝技術(shù)顯得尤為緊要。日本是研究燒結(jié)煙氣脫硝最早的國(guó)家。20世紀(jì)80年代末，Kohama Hiroyuki(JP52020919, 1977)報(bào)道了采用催化劑脫除燒結(jié)煙氣中NOx的方法，隨后， 許多學(xué)者在燒結(jié)煙氣催化脫硝領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究。同時(shí)一部分研究人員還嘗試 通過控制燒結(jié)操作條件減少NOx排放的研究，Tashiro Kiyoshi等(JP54131503, 1979) 發(fā)明了通過控制燒結(jié)原料的堿度(CaO/Si02)降低NOx排放的方法，Negishi Norimasa (JP58024747,1983)進(jìn)行了空氣預(yù)熱對(duì)降低NOx排放的研究，HosoyaYozo(JP9118936, 1997)報(bào)道了燒結(jié)點(diǎn)火前，微波加熱處理頂部燒結(jié)料降低NOx排放的方法。在燒結(jié)過程加入一些添加劑降低NOx的排放是目前研究的熱點(diǎn)，F(xiàn)ukutome Masaharu(JP55014862, 1980)等發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)混合料中加入細(xì)石灰石可以降低燒結(jié)尾氣 中NOx的濃度。Masanori Nakano(ISIJ， 1998, 16-22)通過研究發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)過程中以精 鐵礦(總Fe含量在70e/。左右)作燒結(jié)原料可減少焦炭的用量從而降低N(X的排放濃度。 Koichi Morioka(ISIJ, 2000， 280-285)發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)原料中添加Ca-Fe氧化物對(duì)NOx脫除 起一定的作用，這種作用隨著反應(yīng)溫度的升高和氧氣濃度的降低更加明顯。Chin-Lu Mo(ISIJ，1997,350-357)提出了在燒結(jié)礦中添加碳?xì)浠衔?稻殼、蔗糖、甘蔗渣、鋸 末和面粉)來(lái)降低NOx的排放量的方法，如添加蔗糖可使燒結(jié)尾氣中NOx的濃度降低 28%(由原來(lái)的223ppm降低到160ppm)，在原有方法的基礎(chǔ)上，Chin-Lu Mo將砂糖 或糖蜜作燒結(jié)配料的添加輔助劑，增強(qiáng)燒結(jié)原料在燒結(jié)過程中的造粒性，改善燒結(jié) 原料透氣性，縮短燒結(jié)時(shí)間，使得原料中的氮轉(zhuǎn)化成NOx的機(jī)會(huì)降低，將脫硝率提 高到50X左右(CN99119294.X， 2001)。由于燒結(jié)過程中90%以上的NOx來(lái)源于焦炭 的燃燒，因此，如何減少焦炭燃燒過程中NOx的排放是降低燒結(jié)過程N(yùn)Ox的關(guān)鍵。能耗高是燒結(jié)工序的另外一個(gè)特點(diǎn)。我國(guó)燒結(jié)工序能耗約占鋼鐵工業(yè)的10%左
右，燒結(jié)能耗明顯高于國(guó)外先進(jìn)水平。2005年我國(guó)重點(diǎn)大中型鋼鐵企業(yè)每噸燒結(jié)礦 平均能耗為64.83kg標(biāo)準(zhǔn)煤，而國(guó)外1999年的每噸燒結(jié)礦平均能耗僅為50.89kg標(biāo) 準(zhǔn)煤。提高焦炭的燃燒效率，可有效降低燒結(jié)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的CO (2.0% 3.0%) 廢氣污染問題，降低燒結(jié)能耗，對(duì)推動(dòng)綠色燒結(jié)生產(chǎn)，節(jié)約生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境具 有重大意義。根據(jù)燒結(jié)過程中NOx的生成特點(diǎn)以及燒結(jié)能耗較高的特點(diǎn)，我們提出了在燒結(jié) 配料工序前，通過添加劑改性焦炭降低燒結(jié)過程中NOx排放的新方法，該方法既可 以降低燒結(jié)尾氣中的NOx排放，同時(shí)還提高焦炭的燃燒效率，達(dá)到了降低燒結(jié)能耗 的目的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種添加劑改性焦炭降低燒結(jié)過程N(yùn)(X排放的方法，實(shí)現(xiàn)了在不改變現(xiàn)有燒結(jié)工藝流程的前提下，同時(shí)降低燒結(jié)過程中NOx的排放和燒結(jié)能耗，適合于鋼鐵企業(yè)中鐵礦石燒結(jié)工藝過程。本發(fā)明的內(nèi)容是通過以下技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)的在燒結(jié)配料工序前，將添加劑加入到水中配制成添加劑組分總濃度為0.5% 10.0°/。的乳液，攪拌乳液過程中加入0.5mm 10mm的焦炭顆粒，焦炭質(zhì)量與添加劑 乳液的質(zhì)量比為0.1:10 4:10，利用焦炭的吸附性能使添加劑負(fù)載到焦炭孔道中，添 加劑的添加量占焦炭質(zhì)量的0.1% 10.0%，然后將焦炭從乳液中撈出進(jìn)行干燥，將 得到的焦炭作為燒結(jié)原料的燃料，可使燒結(jié)過程中NOx的排放降低30X 50X，同 時(shí)還提高焦炭的燃燒率，降低燒結(jié)能耗。焦炭改性的具體步驟如下.-1) 將添加劑MgO、Mg(OH)2、MgC03、Ca(OH)2、CaC03、La203、Ce02、Ce2(C204)3、 NiO、 Ni203、 Co203、 Fe304和Fe203中的一種或2 4種混合物，配成添加劑組分總 濃度為0.5% 10.0%的乳液，優(yōu)先選擇1.0% 8.0，添加劑的粒徑為10nm 100"m;2) 2 4種添加劑混合物的混合方式為幾種添加劑同時(shí)加入水中進(jìn)行攪拌混合；3) 以10r/min 60r/min的速度進(jìn)行攪拌，在攪拌過程中將0.5mm 10mm大小 的焦炭顆粒加入到溶液中，攪拌速度優(yōu)先選擇20r/min 40r/min，焦炭顆粒優(yōu)先選擇 0.5mm 5mm，利用焦炭自身的吸附能力和乳液的浸漬作用，使得乳液中的添加劑吸 附進(jìn)焦炭的孔道中；4) 焦炭在添加劑乳液中的浸漬時(shí)間為20min 60min;5) 焦炭孔道和表面吸附的添加劑的量為焦炭質(zhì)量的0.1% 10.0%;優(yōu)先選擇 0.5% 4線6) 將負(fù)載添加劑的焦炭在常溫下晾干，或在5(TC 30(TC下烘干，優(yōu)先選擇60 'C 12(TC下烘干。與現(xiàn)有干法或濕法煙氣脫硝技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是-1)以改性后的焦炭作為燃料，燒結(jié)過程產(chǎn)生的NOx總量比傳統(tǒng)的以未改性的焦
炭作為燃料的燒結(jié)過程的NOx排放量降低30% 50%;同時(shí)還可以降低焦炭燃燒過 程中CO的濃度，使得焦炭充分燃燒生成C02，放出更多的熱量，達(dá)到降低能耗的目 的。2) 在焦炭中加入添加劑既可降低NOx排放，還可提高焦炭的燃燒效率，減少燒 結(jié)煙氣中CO的排放，降低了燒結(jié)能耗。3) 新方法不改變現(xiàn)有燒結(jié)工序的任何設(shè)備和流程，具有投資低、操作簡(jiǎn)單、經(jīng) 濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明Ce02改性的焦炭在燃燒過程中NOx排放濃度的變化圖。圖2為本發(fā)明Ce02改性的焦炭在燃燒過程中CO排放濃度的變化圖。圖3為本發(fā)明焦炭燃燒過程中N(X減少排放率隨焦炭中Ce02含量的變化圖。圖4為本發(fā)明CaC03、 Fe304改性的焦炭在燃燒過程中NOx排放濃度的變化圖。圖5為本發(fā)明不同NiO/CaC03改性的焦炭在燃燒過程中N(X排放濃度的變化圖。圖6為本發(fā)明MgO、 0)203和1^203共同改性的焦炭在燃燒過程中NOx排放濃度的變化圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步具體介紹本發(fā)明，但本發(fā)明決不局限于實(shí)施例。 實(shí)施例l分別將0.2g、 0.3g和0.4g粒徑為20 30pm的Ce02加入到20g水中配制成1.0 %， 1.5%禾卩2.0%的Ce02乳液，在30r/min轉(zhuǎn)速攪拌下，分別加入5g粒徑為0.8 l.Ornm的焦炭顆粒，25分鐘后將焦炭撈出，在6(TC下烘千，分別得到5.026g、 5.051g 和5.102g吸附Ce02的焦炭。Ce02改性焦炭前后燃燒過程中NOx的排放濃度如圖1 所示，試驗(yàn)參數(shù)為焦炭質(zhì)量為1.0g，空氣流量為4.0L/min，燃燒初始溫度為900 'C。通過Ce02改性后，可降低焦炭燃燒過程中NOx的排放濃度，且隨著焦炭中Ce02 含量的增加，NOx的排放濃度逐漸降低。改性前后焦炭燃燒過程中CO的排放濃度如 圖2所示。通過Ce02改性后，可降低焦炭燃燒過程中CO的排放濃度，提高焦炭的 燃燒率，且隨著焦炭中Ce02含量的增加，CO的排放濃度逐漸降低。通過積分計(jì)算 可得NOx的減少排放率如圖3所示，當(dāng)焦炭中CeCb的含量為0.5%時(shí)，NOx的排放 率可降低22%，當(dāng)Ce02的含量增大到1.0%和2.0%時(shí)，NOx的排放率分別降低32% 和38%。 實(shí)施例2分別將0.4g粒徑為20 30pm的CaC03和Fe304加入到20g水中配制成2.0%的 CaC03乳液和Fe304乳液，在30r/min轉(zhuǎn)速攪拌下，分別加入5g粒徑為0.8 1.0mm 的焦炭顆粒，25分鐘后將焦炭撈出，在6(TC下烘干，分別得到5.102g吸附CaC03 和Fe304的焦炭。CaC03、 Fe304改性焦炭前后燃燒過程中NOx的排放濃度如圖4所 示，試驗(yàn)參數(shù)為焦炭質(zhì)量為1.0g，空氣流量為4.0L/min，燃燒初始溫度為900°C 。
在焦炭中添加2.0%的CaC03可使焦炭燃燒過程中NOx的最大排放濃度降低30%左 右，在焦炭中添加2.0%的Fe304可使焦炭燃燒過程中NOx的最大排放濃度降低50% 左右。 實(shí)施例3分別將0.133g NiO和0.267gCaCO3、 0.200g NiO和0.200g CaC03和0.267g NiO 和0.133g CaC03加入到20g水中配制成2.0%的不同NiO/CaC03比例的乳液，NiO和 CaC03的粒徑均為20 30|im,在30r/min轉(zhuǎn)速攪拌下，分別加入5g粒徑為0.8 1.0mm 的焦炭顆粒，25分鐘后將焦炭撈出，在6(TC下烘干，分別得到5.102g吸附不同 NiO/CaC03比例的焦炭。不同NiO/CaC03比例的混合物改性焦炭前后燃燒過程中NOx 的排放濃度如圖5所示，試驗(yàn)參數(shù)為焦炭質(zhì)量為l.Og，空氣流量為4.0L/min，燃 燒初始溫度為900'C。隨著NiO/CaC03質(zhì)量比的增加，改性后焦炭燃燒過程中NOx 的排放濃度逐漸減少。當(dāng)MO/CaCO3質(zhì)量比為0.5: 1時(shí)，添加2.0%的NiO和CaC03 混合物可使焦炭燃燒過程中NOx的最大排放濃度約降低16%;當(dāng)NiO/CaC03質(zhì)量比 為1: 1時(shí)，添加2.0%的NiO和CaC03混合物可使焦炭燃燒過程中NOx的最大排放 濃度約降低25%;當(dāng)NiO/CaC03質(zhì)量比為2: 1時(shí)，添加2.0%的NiO和CaC03混合 物可使焦炭燃燒過程中NOx的最大排放濃度約降低45%。 實(shí)施例4將0.133gMgO和0.133gC0203和0.133gLa2O3加入到20g水中配制成2.0%的 MgO、 Co203和La203的混合乳液，MgO、 Co203和La203的粒徑均為20 30tim， 在30r/min轉(zhuǎn)速攪拌下，加入5g粒徑為0.8 1.0mm的焦炭顆粒，25分鐘后將焦炭 撈出，在60'C下烘干，得到5.102g吸附MgO、 0)203和La203的焦炭。MgO: Co203: La203 = l: 1: 1的混合物改性焦炭前后燃燒過程中NOx的排放濃度如圖5所示，試 驗(yàn)參數(shù)為焦炭質(zhì)量為l.Og，空氣流量為4.0L/min,燃燒初始溫度為900'C 。 MgO、 Co2Cb和La203混合物改性后的焦炭燃燒過程中NOx的排放濃度比未改性焦炭燃燒過 程中NOx的排放濃度約降低15.8%。
權(quán)利要求
1、一種用于鋼鐵生產(chǎn)燒結(jié)過程中降低NOx排放的方法，其特征在于在燒結(jié)配料工序前，將添加劑加入到水中配制成添加劑組分總濃度為0.5％～10.0質(zhì)量％的乳液，攪拌乳液過程中加入0.5mm～10mm的焦炭顆粒，焦炭質(zhì)量與添加劑乳液的質(zhì)量比為0.1∶10～4∶10，利用焦炭的吸附性能使添加劑負(fù)載到焦炭孔道中，焦炭在添加劑乳液中的浸漬時(shí)間為20min～60min；焦炭孔道和表面吸附的添加劑的量為焦炭質(zhì)量的0.1％～10.0％；然后將焦炭從乳液中撈出進(jìn)行干燥，將得到的焦炭作為燒結(jié)原料的燃料，使燒結(jié)過程中NOx的排放降低30％～50％；其中x為1，2。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的將添加劑為MgO、Mg(OH)2、 MgC03、 Ca(OH)2、 CaC03、 La203、 Ce02、 Ce2(C204)3、 NiO、 Ni203、 Co203、 Fe304、 Fe203中的一種或2 4種混合物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于2 4種添加劑混合物的混合方式 為將添加劑同時(shí)加入水中進(jìn)行攪拌混合，攪拌速度為10r/min 60r/min。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于干燥方式為在常溫下晾干，或在 5(TC 300。C下烘干。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述的添加劑的粒徑為10nrn 100請(qǐng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的焦炭的粒徑為0.5mm 5mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的乳液中添加劑組分的總濃 度為1.0% 8.0%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述的攪拌速度為20r/min 40r/min。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:將負(fù)載添加劑的焦炭在60'C 120'C 下烘干。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的焦炭吸附的添加劑的質(zhì) 量以重量計(jì)占焦炭質(zhì)量的0.5% 4.0%。
全文摘要
一種添加劑改性焦炭降低燒結(jié)過程N(yùn)O_x排放的方法，屬于冶金環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。工藝為在燒結(jié)生產(chǎn)的配料工序前對(duì)焦炭進(jìn)行改性，首先配制0.5％～10.0％的添加劑乳液，然后將焦炭浸漬在添加劑乳液中，利用焦炭自身的吸附性能將添加劑吸附到焦炭的孔道或表面，添加劑的負(fù)載量為焦炭質(zhì)量的0.5％～4.0％，以改性后焦炭作為鐵礦石燒結(jié)燃料的新方法可減少焦炭中的氮向NO_x轉(zhuǎn)化，使NO_x排放降低30％～50％。優(yōu)點(diǎn)在于，有效降低焦炭燃燒過程中NO_x的排放，提高焦炭的燃燒率降低燒結(jié)能耗；不改變燒結(jié)過程的工藝流程的條件下，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
文檔編號(hào)C22B1/16GK101148695SQ20071017723
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者志 王, 郭占成, 陳彥廣 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所