CN105709572B - 一种减少so2对scr催化剂毒害的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少SO2对SCR催化剂毒害的装置及方法,属于燃煤烟气脱硝技术领域。装置包括多孔反应容器和分子筛膜;所述多孔反应容器采用多孔材料制成,用于装载SCR催化剂;所述分子筛膜包覆于所述多孔反应容器外表面,所述分子筛膜的孔道直径小于SO2的分子动力学直径且大于NH3和NO的分子动力学直径。根据分子筛的筛分特性,NO、NH3和O2可以进入容器内部,并在SCR催化剂表面反应生成N2和H2O,生成的N2可以从容器开口端流出,而SO2无法进入,或只有少量SO2通过回流进入容器内部,从而大大减小了SO2对SCR催化剂的毒害作用。

Description

一种减少SO2对SCR催化剂毒害的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于燃煤烟气脱硝技术领域,更具体地,涉及一种减少SOd^SCR催化剂毒 害的装置及方法。
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,燃煤电厂排放的NOx造成的空 气污染越来越引起人们的重视。当前选择性催化还原(SCR)工艺作为主流的一种燃煤烟气 脱硝技术,已在国内广泛应用。作为该技术的核心部分,SCR催化剂在很大程度上决定了工 艺整体的脱硝性能及成本。一般情况下,SCR催化剂的用量约为0.8m3/MW,化学寿命约为2〜 3年,由于各种物理、化学等因素导致催化剂活性降低,在其化学寿命结束后催化剂将不能 满足脱硝要求。
[0003] 引起SCR催化剂活性降低的因素主要有催化剂积灰与堵塞、催化剂的烧结与活性 组分挥发、催化剂的中毒和催化剂的机械磨损,其中SO2是导致催化剂中毒的重要因素之 一。烟气中的SO2在SCR催化剂作用下被催化氧化为SO3,与烟气中的水蒸汽及NH3反应,生成 一系列铵盐,这样不仅会造成NH3的浪费,而且还会导致催化剂的活性位被覆盖,导致催化 剂失活。此外,SO2与催化剂中的金属活性成分发生反应,生成金属硫酸盐导致催化剂失活。
[0004] 另一方面,随着低温SCR催化剂越来越受到关注,大量的研究者致力于制备一种低 温下高活性的SCR催化剂,目前已取得一些进展,代表是Mn-Ce系列的催化剂。但普遍抗SO2 性能不佳,在一定浓度SO2气氛下,催化剂活性下降明显。
[0005] 综上,减少SOd^SCR催化剂的毒害作用可以增加催化剂的使用寿命,提高SCR反 应器的经济性;并且SCR催化剂抗502性能是低温SCR催化剂制备的重要组成部分。
发明内容
[0006] 针对现有技术的迫切需求,本发明提出一种减少SOd^SCR催化剂毒害的方法,其 目的在于,通过将烟气中的SO2与SCR催化剂隔离,减少了SO^SCR催化剂的毒害。
[0007] 为实现本发明技术目的,本发明提供了一种减少SO2对SCR催化剂毒害的装置,包 括多孔反应容器和分子筛膜;所述多孔反应容器采用多孔材料制成,用于装载SCR催化剂; 所述分子筛膜包覆于所述多孔反应容器外表面,所述分子筛膜的孔道分子动力学直径小于 S〇2的分子动力学直径且大于Mfe和NO的分子动力学直径。
[0008] 应用所述的装置减少SOdiSCR催化剂毒害的方法,具体为:
[0009] 将多孔反应容器的封闭端朝向烟气来流方向;烟气中的SO2受到分子筛膜的阻挡 被隔离于多孔反应容器外部,烟气中的NH3和NO穿过分子筛膜进入多孔反应容器,在多孔反 应容器内的SCR催化剂上反应。
[0010] 本发明将SCR催化剂放置于多孔材料制作的容器中,在容器外表面包覆合适孔道 直径的分子筛,利用分子筛的筛分作用,使SO2无法接触到SCR催化剂,而Ν0、ΝΗ3可以正常在 催化剂表面反应生成N2和H2O,这极大地减小了 S〇2对SCR催化剂的毒害作用。
[0011] 进一步地,还包括包覆于所述多孔反应器内表面的另一分子筛膜。对于现场实际 环境,烟气量大且发电持续时间长,夕卜表面的分子筛容易被冲刷掉。因此在多孔反应容器内 表面包覆另一分子筛膜,大大增加了装置的可靠性和使用寿命。
[0012] 由于N2的分子动力学直径略大于SO2,因此采用分子筛膜阻止SO2进入多孔反应容 器内部的同时,SCR反应的产物N2也不能很好扩散出去,导致SCR反应无法继续进行。进一步 地,本发明所述多孔反应容器由连通的上、下两部分构成,上部分为锥台且上端开口,下部 分为柱状体且下端封闭。如此一来,SCR反应生成的N2可以由上部分的开口处扩散出去,而 锥台结构使得烟气在上部分的开口处回流极小,因此由开口处流入多孔反应容器的302极 少,很好地解决了上述问题。
[0013] 进一步地,还包括安装于所述多孔反应容器的开口处的由多孔材料制成的多孔盖 或石英棉。多孔盖由多孔材料制成,如烧结滤芯、多孔陶瓷和多孔氧化铝等。多孔盖或石英 棉不影响他扩散,但可以防止SCR催化剂被携带出去。
[0014] 综上所述,本发明有益技术效果体现在:
[0015] 1)对于现有的SCR反应器,可以减轻由SO2引起的催化剂中毒,增加催化剂寿命,降 低成本,提高SCR反应器的经济性。
[0016] 2)解决了低温SCR催化剂普遍对SO2抗性较弱的问题,对低温SCR催化剂研究有重 要作用。
[0017] 3)减少SO2在SCR催化剂表面氧化为SO3,减轻由硫酸氢氨引起的空预器堵塞,减少 引风机电耗,提高电厂运行安全性和经济性。
附图说明
[0018] 图1是本发明较佳实施例结构示意图;
[0019] 图2是本发明专利的具体实施例中多孔反应容器的回流模拟速度图;
[0020] 图3是本发明专利的具体实施例中多孔反应容器2外表面K-AlGe-MON分子筛膜的 场发射扫描电子显微镜(FSEM)图。
具体实施方式
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及较佳实施 例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发 明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征 只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0022] 图1是本发明较佳实施例结构示意图,图1示出了多孔盖1、多孔反应容器2、分子筛 膜3和SCR催化剂4。
[0023] 所述多孔反应容器2为多孔材料制成,如烧结滤芯、多孔陶瓷和多孔氧化铝等,其 上半部分为锥台形,下半部分为长方体形。长方体形部分的尺寸为18X18X40mm,锥台形部 分小口为6 X 6mm,壁厚为2mm。利用gambit建模,并导入fluent进行计算,发现容器2尾部的 回流较小,如图2所示。
[0024] 所述SCR催化剂4为Mn/Ti02催化剂,将催化剂进行研磨,选取60-80目的部分装载 入容器中。所述SCR催化剂4在固定床反应器上进行活性检测实验,发现170°C下表现出最高 脱硝效率,为92 %。
[0025] 所述分子筛膜3可以为MON分子筛、ACO分子筛和NAB分子筛等,本实例中所述分子 筛膜3为K-AlGe-MON分子筛,图3为多孔反应容器2外表面K-AlGe-MON分子筛膜的场发射扫 描电子显微镜(FSEM)图。该分子筛的孔道允许通过的分子直径为
Figure CN105709572BD00051
3而3〇2的分子动力 学直径为
Figure CN105709572BD00052
根据分子筛的筛分性 质,MKNH3和O2可以通过分子筛膜的孔道,并穿过容器壁,在SCR催化剂表面反应,生成的N2 由多孔反应容器2开口端扩散出去,而SO2无法通过分子筛膜,不能进入容器。
[0026] 用于减小SO2对SCR催化剂毒害方法的步骤如下:利用水热合成法将K-AlGe-MON分 子筛膜3负载于容器2上,调整晶化次数使得容器2表面的K-AlGe-MON分子筛膜致密连续的 分布,无明显缺陷;将Mn/Ti02催化剂4放置于多孔反应容器2内部,并用多孔盖1堵住尾部小 口,防止催化剂4被吹飞,此处也可以采用石英棉作为防吹飞装置;使用时,将容器2的封闭 端朝向烟气来流方向。
[0027] 本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以 限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包 含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种减少SO2对SCR催化剂毒害的装置,其特征在于,包括多孔反应容器和分子筛膜; 所述多孔反应容器采用多孔材料制成,用于装载SCR催化剂;所述分子筛膜包覆于所述多孔 反应容器外表面,所述分子筛膜的孔道直径小于SO2的分子动力学直径且大于NH3和NO的分 子动力学直径; 所述多孔反应容器由连通的上、下两部分构成,上部分为锥台且上端开口,下部分为柱 状体且下端封闭。
2. 根据权利要求1所述的减少SOdiSCR催化剂毒害的装置,其特征在于,还包括包覆于 所述多孔反应容器内表面的另一分子筛膜。
3. 根据权利要求1所述的减少SOdiSCR催化剂毒害的装置,其特征在于,还包括安装于 所述多孔反应容器开口处的多孔盖或石英棉。
4. 根据权利要求1所述的减少SOdiSCR催化剂毒害的装置,其特征在于,采用水热合成 法将所述分子筛膜包覆于多孔反应容器上,通过调整晶化次数使得多孔反应容器表面的分 子筛膜致密连续地分布。
5. —种应用权利要求1 -4任意一项权利要求所述的装置减少502对SCR催化剂毒害的方 法,其特征在于,该方法具体为: 将多孔反应容器的封闭端朝向烟气来流方向;烟气中的SO2受到分子筛膜的阻挡被隔离 于多孔反应容器外部,烟气中的NH3和NO穿过分子筛膜进入多孔反应容器,在多孔反应容器 内的SCR催化剂上反应。
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