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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