CN101961603A

CN101961603A - 一氧化碳还原脱除高温烟气中NOx的工艺及反应器

Info

Publication number: CN101961603A
Application number: CN 201010296463
Authority: CN
Inventors: 魏飞; 罗国华; 李军
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-02-02

Abstract

本发明公开了属于烟气污染控制技术领域的一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的工艺及反应器。该反应器为多段流化床反应器，其特征在于：在所述多段流化床反应器的每一段反应器的底部均设置气体分配器。该工艺在多段流化床反应器中进行，含有NO_x的烟气从所述的多段流化床反应器的第一段反应器的底部通入，同时在每一段反应器的底部均通入一氧化碳气体，含有NO_x的烟气顺次经过每一段反应器，与流化床反应器中的流化介质表面接触并反应，反应后的烟气从最后一段反应器的顶部出口排出。本发明的脱硝方法所涉及的流化床反应器属常规气固反应装置，设备投资少，工艺过程经济、高效。因此，本发明所涉及的高温烟气脱硝方法具有很好的工业应用前景。

Description

一氧化碳还原脱除高温烟气中NOx的工艺及反应器

技术领域

本发明属于烟气污染控制技术领域，特别涉及一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的工艺及反应器。适用于燃煤电厂、工业锅炉、裂化催化剂再生等的烟气净化方法。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是主要的大气污染物之一，是导致酸雨、臭氧层破坏的重要原因之一，严重损害人类的健康和生存环境。因此，世界各国相继制定了NO_x的排放标准，并且随着人们环保意识的增强，对NO_x的排放的限制日益严格。

目前，烟气NO_x净化技术主要包括：(1)原料预处理技术；(2)烟气后处理，包括选择性非催化还原(SNCR)法和选择性催化还原(SCR)法；(3)反应器内还原技术，包括使用脱硝催化剂、燃料分级、烟气返回等。方法(1)需要对原料进行筛选、深加工处理等，通常需要耗费大量的能源；方法(2)需要增加烟气脱硝装置，操作费用高；方法(3)在理论上是经济的脱NO_x方法，但该方法催化剂容易失活，比如在SO₂和富氧条件下，脱硝催化剂将很快失活，而且燃料分级、烟气返回的脱硝效率低一直没有得到很好的解决。人们通常的解决方法是开发新的高活性催化剂，却鲜有通过创造还原气氛还原脱除NO_x的工艺方法，实现NO_x的脱除。本发明提出了高温下利用CO还原脱除NO_x的工艺方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的工艺及反应器。

一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的工艺，其特征在于：该工艺在多段流化床反应器中进行，含有NO_x的烟气从所述的多段流化床反应器的第一段反应器的底部通入，同时在每一段反应器的底部均通入一氧化碳气体，含有NO_x的烟气顺次经过每一段反应器，与流化床反应器中的流化介质表面接触并反应，第一段反应器中，通入的一氧化碳气体与含有NO_x的烟气的反应，在其后每一段反应器底部通入的一氧化碳气体均与来自前一段反应器的烟气中未反应的NO_x继续反应，反应后的烟气从最后一段反应器的顶部出口排出。

所述多段流化床反应器为3～5段流化床反应器。选用多段流化床反应器的目的是增加NO_x在还原区的停留时间。

所述流化介质为Al₂O₃、SiO₂、分子筛或FCC再生催化剂中的至少一种。所述流化介质的颗粒大小在50～200μm之间。所述流化床反应器的每一段反应器中均装填有所述流化介质。

一氧化碳还原NO_x反应在0.1～0.5MPa的低压下或常压下进行，反应温度在600～800℃范围内。

所述烟气的空速在2000～10000h^-1范围内。

所述烟气中氧气浓度为0.5～5％，水蒸气含量低于10％，优选的低于5％。

最后一段反应器中，氧含量低于0.5％，优选的氧含量低于0.2％。

通入所述多段流化床反应器中的一氧化碳气体中，CO浓度为1～6％。可以采用CO与惰性气体或者还原性气体复配而得，也可以将反应后的烟气作为一氧化碳气体再通入到所述的多段流化床反应器中。

在所述第一段反应器中通入CO浓度优选1～5％，在第二段至后续段内流化床中通入CO浓度优选2～6％。

通入所述的多段流化床反应器中的一氧化碳气体中CO总量与烟气中氧含量的摩尔比(CO/O₂)在2～6之间，优选的比值范围在3～4之间。

本方法适用于高温、且氧含量高的烟气中NO_x的脱除。

一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的反应器，该反应器为多段流化床反应器，其特征在于：在所述多段流化床反应器的每一段反应器的底部均设置气体分配器。

所述多段流化床反应器为3～5段流化床反应器。

本发明的有益效果为：本发明的核心是在无氧或低氧浓度下和高温下利用CO还原脱除NO_x，优点是所用的流化介质价格低廉，可长时间使用，无需再生；通过两段或多段流化床反应器，配合工艺操作条件，能够实现低NO_x排放；本发明的脱硝方法所涉及的流化床反应器属常规气固反应装置，设备投资少，工艺过程经济、高效。因此，本发明所涉及的高温烟气脱硝方法具有很好的工业应用前景。

附图说明

图1为两段流化床反应器结构示意图；

图中标号：1-第一段反应器；2-第二段反应器；3-第一段流化床反应器底部入口；4-气体分配器；5-气体分配器；6-气体分布板；7-气体分布板；8-顶部气体排出口；9-催化剂进口；10-催化剂进口；11-催化剂卸料口；12-催化剂卸料口；13-一氧化碳气体；14-一氧化碳气体；15-含有NO_x的烟气；16-反应后的烟气。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1：

下面结合本发明的流化床反应器结构示意图(附图1)，对工艺方法做进一步说明。该反应器为两段流化床反应器，包括第一段反应器1和第二段反应器2两个流化床反应腔，在所述两段流化床反应器的每一段反应器的底部均设置气体分配器。

含有NO_x的烟气15从第一段流化床反应器底部入口3通入，并使流化床内的流化介质处于流化状态。一氧化碳气体13由气体分配器4通入第一段流化床反应器1的底部，CO与烟气中的氧气流化介质表面接触反应，在此消耗掉烟气中80％～90％的氧气，同时CO与NO_x在流化介质表面接触并反应。

在第一段流化床中反应后的气体通过气体分布板7进入第二段流化床反应器2，并使第二段反应器2中的流化介质处于流化状态。一氧化碳气体14由第二段流化床2底部的气体分配器5均匀分配到流化床中。在此，CO与来自第一段反应器的烟气中未反应的NO_x继续反应。在第二段反应器2反应后的烟气16从顶部气体排出口8排出。

优选的，烟气16的一部分返回第一段反应器和/或第二段反应器，目的是既可降低NO_x的排放浓度，又为第一段反应器和/或第二段反应器提供CO。

实施例2：

采用内径为50mm的如实施例1中所述的两段流化床反应器实验，烟气中NO浓度为1000ppm，O₂含量3％，水蒸气含量低于10％。空速3000h^-1，反应温度700℃，压力为常压，CO/O₂摩尔比为4。所述流化床反应器的第一段和第二段反应器中装填流化介质，流化介质为SiO₂微球，其颗粒大小在50～200μm之间。在第一段反应器通入CO浓度为2％的一氧化碳气体中，第二段反应器通入CO浓度为6％的一氧化碳气体时，反应后的NO_x浓度可降低至1ppm以下。NO_x的脱除率达99％。

实施例3：

某FCC催化剂再生，该催化剂含碳量1.35％，利用实施例1中所述的两段流化床反应器进行再生实验，空速3000h^-1，反应温度700℃，压力为常压。烟气中氧含量3％，水蒸气含量低于10％。不通入一氧化碳气体时，烟气中NO_x浓度为200ppm；在第一段反应器通入含1％CO的一氧化碳气体，第二段反应器通入含4％CO的一氧化碳气体时，烟气中NO_x的浓度可降低至20ppm，NO_x的脱除率达到90％，而且再生后的催化剂碳含量降低至0.02％。

实施例4

一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的反应器，该反应器为三段流化床反应器，在所述三段流化床反应器的每一段反应器的底部均设置气体分配器。

一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的工艺，该工艺在上述三段流化床反应器中进行，含有NO_x的烟气从所述的三段流化床反应器的第一段反应器的底部通入，同时在每一段反应器的底部均通入一氧化碳气体，含有NO_x的烟气顺次经过第一段反应器、第二段反应器和第三段反应器，与流化床反应器中的流化介质表面接触并反应，第一段反应器中，通入的一氧化碳气体与含有NO_x的烟气的反应，第二段反应器底部通入的一氧化碳气体与第一段反应器的烟气中未反应的NO_x继续反应，第三段反应器底部通入的一氧化碳气体与第二段反应器的烟气中未反应的NO_x继续反应，反应后的烟气从最后一段反应器的顶部出口排出。

在所述流化床反应器的第一段反应器、第二段反应器和第三段反应器中装填流化介质，所述流化介质为分子筛，其颗粒大小在120μm之间。

一氧化碳还原NO_x反应在0.25MPa的低压下进行，反应温度为650℃。

所述烟气的空速为5000h^-1。

在第一段反应器中通入的一氧化碳气体中CO浓度为1％，第二段反应器中通入的一氧化碳气体中CO浓度为3％，第三段反应器中通入的一氧化碳气体中CO浓度为4％。

通入所述的三段流化床反应器中的一氧化碳气体中CO总量与烟气中氧含量(CO/O₂)的摩尔比为4。

所述烟气中氧气浓度为2％，水蒸气含量低于10％，NO_x浓度为1000ppm。经过上述三段流化床反应器后，烟气中NO_x浓度可降低至10ppm以下，NO_x的脱除率可达95％以上。

上述实施例为本发明的实施例证，本发明的应用并不局限于此。

Claims

1.一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的工艺，其特征在于：该工艺在多段流化床反应器中进行，含有NO_x的烟气从所述的多段流化床反应器的第一段反应器的底部通入，同时在每一段反应器的底部均通入一氧化碳气体，含有NO_x的烟气顺次经过每一段反应器，与流化床反应器中的流化介质表面接触并反应，第一段反应器中，通入的一氧化碳气体与含有NO_x的烟气的反应，在其后每一段反应器底部通入的一氧化碳气体均与来自前一段反应器的烟气中未反应的NO_x继续反应，反应后的烟气从最后一段反应器的顶部出口排出。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述多段流化床反应器为3～5段流化床反应器。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述流化介质为Al₂O₃、SiO₂、分子筛或FCC再生催化剂中的至少一种，所述流化介质的颗粒大小在50～200μm之间。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：一氧化碳还原NO_x反应在0.1～0.5MPa的低压下或常压下进行，反应温度在600～800℃范围内。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述烟气的空速在2000～10000h^-1范围内。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述烟气中氧气浓度为0.5～5％，水蒸气含量低于10％。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：通入所述多段流化床反应器中的一氧化碳气体中，CO浓度为1～6％。

8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：将反应后的烟气再通入到所述的多段流化床反应器中。

9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：通入所述的多段流化床反应器中的一氧化碳气体中CO总量与烟气中氧含量的摩尔比在2～6之间。

10.一氧化碳还原脱除高温烟气中NO_x的反应器，该反应器为多段流化床反应器，其特征在于：在所述多段流化床反应器的每一段反应器的底部均设置气体分配器。