CN105688662A - 一种内置预氧化单元的低温scr脱硝反应器及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器及其方法。烟气在烟气入口处被分为两股,一股烟气直接进入反应器,另一股烟气进入预氧化分隔室,其中的NO在催化氧化层的作用下氧化为NO2,预氧化后的烟气与未经氧化的烟气混合,混合烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.8-1.15):1;混合烟气与喷嘴喷入的NH3混合,并经静态混合器混合均匀后,在催化还原层进行低温SCR反应;反应器内的温度为200~350℃。本发明的低温SCR反应器,通过内置预氧化单元将反应器内的主要反应改变为快速SCR反应,反应速率为标准SCR反应速率的10倍以上,并大大提高了烟气低温段的脱硝效率,脱硝效率达98%以上。

Description

一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器及其方法
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域,特别涉及一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器及其方法。
背景技术
氮氧化物的危害巨大,可以导致光化学污染和酸雨,并对危害人体健康。选择性催化还原(SCR)技术就是在催化剂的作用下,使用适当的还原剂将烟气中的NOx还原成N2和水,以减少氮氧化物的危害。目前大规模应用的SCR反应器中主要发生4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O的化学反应,在钒钛体系催化剂的作用下,该反应需要在350℃以上的反应温度才可以达到较高的脱硝效率,低温和复杂工况下脱硝效果较差。
发明内容
针对现有技术不足,本发明提供了一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器及其方法。
一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器,烟气入口1设于反应器上部,烟气出口12设于反应器底部,烟气入口1的中部设有预氧化分隔室2,所述预氧化分隔室2由支架3固定在烟气入口1的内壁上,其截面积为烟气入口1截面积的45%-50%,预氧化分隔室2内设置催化氧化层4;反应器内部由上至下依次为喷嘴7,静态混合器8和催化还原层9;所述喷嘴7与氨气储存及喷射系统6相连;所述催化氧化层4选用铂或铑为活性组分的催化剂,所述催化还原层9选用钒钛体系脱硝催化剂或过渡金属改性分子筛脱硝催化剂。
所述烟气入口1与喷嘴7之间设有导流板5,所述导流板5的折角为130°~150°;烟气出口处设有出口导流板11,所述出口导流板11为垂直导流板。
所述催化还原层9下部设有预备催化剂层10,所述预备催化剂层10选用钒钛体系脱硝催化剂或过渡金属改性分子筛脱硝催化剂。
上述一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器进行烟气脱硝的方法,烟气在烟气入口1处被分为两股,一股烟气直接进入反应器,另一股烟气进入预氧化分隔室2,其中的NO在催化氧化层4的作用下氧化为NO2,预氧化后的烟气穿过催化氧化层4与未经氧化的烟气混合后,与喷嘴7喷入的NH3混合,并经静态混合器8混合均匀后,在催化还原层9进行低温SCR反应;反应器内的温度为200~350℃。
催化氧化层4对烟气中NO的氧化效率为95%以上。
预氧化后的烟气与未经氧化的烟气混合,混合烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.8-1.15):1。
NH3喷入量与烟气中NOx的摩尔比为(0.9-1.05):1。
反应器内烟气的空速大小为20000~40000h-1
所述催化还原层9下部设有预备催化还原层10,经催化还原层9反应的烟气通过预备催化还原层10,进一步将残余的NOx还原成N2
本发明的有益效果为:本发明所设计的新型低温SCR反应装置,结构紧凑,通过内置预氧化单元,将烟气中NO部分氧化为NO2,使得反应器内NO与NO2摩尔比为0.8-1.15,在催化还原层使用市场上已有脱硝催化剂条件下,将反应器内的主要反应由4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O改变为2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O的快速SCR反应,反应速率为标准SCR反应速率的10倍以上,并大大提高了烟气低温段的脱硝效率,在200℃脱硝的效率可达98%以上。
附图说明
图1为一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器;
标号说明:1-烟气入口,2-预氧化分隔室,3-支架,4-催化氧化层,5-导流板,6-氨气储存及喷射系统,7-喷嘴,8-静态混合器,9-催化还原层,10-预备催化还原层,11-出口导流板,12-烟气出口,13-保温层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器,烟气入口1设于反应器上部,烟气入口1的中部设有预氧化分隔室2,所述预氧化分隔室2由支架3固定在烟气入口1的内壁上,其截面积为烟气入口1截面积的45%-50%,预氧化分隔室2内设置催化氧化层4;烟气入口1下方设置导流板5以强化气流混合,所述导流板5的折角为130°~150°;烟气出口12设于反应器底部,烟气出口12处设有出口导流板11,能够改善烟气的分布效果,消除运行过程中的灰尘沉积;所述出口导流板9为垂直导流板。反应器内部由上至下依次为喷嘴7,静态混合器8和催化还原层9,本实施例中未布置预备催化还原层10;所述喷嘴7与氨气储存及喷射系统6相连;所述催化氧化层4选用铂或铑为活性组分的催化剂,所述催化还原层9选用钒钛体系脱硝催化剂或过渡金属改性分子筛脱硝催化剂。反应器外包覆保温层13以降低整个脱硝过程的热量损失,有利于维持反应温度。
上述一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器进行烟气脱硝的方法:
烟气中O2浓度3%,NO浓度2000ppm,NO2浓度100ppm,其余为N2;烟气流量10L/min,空速25000h-1。选用Pt-ZSM-5分子筛催化剂作为催化氧化层4的氧化催化剂,选用商业V2O5-WO3-TiO2脱硝催化剂作为催化还原层9的SCR催化剂。烟气在烟气入口1处被分为两股,一股烟气直接进入反应器,另一股烟气进入预氧化分隔室2,其中的NO在催化氧化层4的作用下氧化为NO2,200℃下,预氧化单元NO氧化效率为98%,预氧化后的烟气穿过催化氧化层4与未经氧化的烟气混合,混合烟气中NO2浓度1080ppm,即NO与NO2的摩尔比为0.94:1;混合烟气经导流板5导流与喷嘴7喷入的NH3混合,其中NH3喷入量与烟气中NOx的摩尔比为(0.9-1.05):1,混合气经静态混合器8混合均匀后,在催化还原层9进行低温SCR反应,反应温度为200℃;脱硝反应器出口NO浓度为25ppm,未检测到残留NO2,脱硝装置整体反应脱硝效率为98.75%。随后提高反应温度,反应温度到达450℃前均未观察到脱硝效率的明显变化。因此该反应装置在200℃即可实现较高的脱硝效果,且具有200-450℃较为宽泛的温度窗口。

Claims (9)

1.一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器,其特征在于,烟气入口(1)设于反应器上部,烟气出口(12)设于反应器底部,烟气入口(1)的中部设有预氧化分隔室(2),所述预氧化分隔室(2)由支架(3)固定在烟气入口(1)的内壁上,其截面积为烟气入口(1)截面积的45%-50%,预氧化分隔室(2)内设置催化氧化层(4);反应器内部由上至下依次为喷嘴(7),静态混合器(8)和催化还原层(9);所述喷嘴(7)与氨气储存及喷射系统(6)相连;所述催化氧化层(4)选用铂或铑为活性组分的催化剂,所述催化还原层(9)选用钒钛体系脱硝催化剂或过渡金属改性分子筛脱硝催化剂。
2.根据权利要求1所述一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器,其特征在于,烟气入口(1)与喷嘴(7)之间设有导流板(5),所述导流板(5)的折角为130°~150°;烟气出口(12)处设有出口导流板(11),所述出口导流板(11)为垂直导流板。
3.根据权利要求1所述一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器,其特征在于,所述催化还原层(9)下部设有预备催化还原层(10),所述预备催化还原层(10)选用钒钛体系脱硝催化剂或过渡金属改性分子筛脱硝催化剂。
4.权利要求1-3任一权利要求所述一种内置预氧化单元的低温SCR脱硝反应器进行烟气脱硝的方法,其特征在于,烟气在烟气入口(1)处被分为两股,一股烟气直接进入反应器,另一股烟气进入预氧化分隔室(2),其中的NO在催化氧化层(4)的作用下氧化为NO2,预氧化后的烟气穿过催化氧化层(4)与未经氧化的烟气混合后,与喷嘴(7)喷入的NH3混合,并经静态混合器(8)混合均匀后,在催化还原层(9)进行低温SCR反应;反应器内的温度为200~350℃。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硝方法,其特征在于,催化氧化层(4)对烟气中NO的氧化效率为95%以上。
6.根据权利要求4所述的烟气脱硝方法,其特征在于,预氧化后的烟气与未经氧化的烟气混合后,混合烟气中NO与NO2的摩尔比为(0.8-1.15):1。
7.根据权利要求4所述的烟气脱硝方法,其特征在于,NH3喷入量与烟气中NOx的摩尔比为(0.9-1.05):1。
8.根据权利要求4所述的烟气脱硝方法,其特征在于,反应器内烟气的空速大小为20000~40000h-1
9.根据权利要求4所述的烟气脱硝方法,其特征在于,所述催化还原层(9)下部设有预备催化还原层(10),经催化还原层(9)反应的烟气通过预备催化还原层(10),进一步将残余的NOx还原成N2
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