CN105709578A - 一种烟气脱硝除尘的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气脱硝除尘的方法及系统，其中，烟气脱硝除尘的方法包括步骤：S10：向所述烟气中添加还原剂，得到第一烟气，所述第一烟气中包括固体粉尘、氮氧化物及还原剂；S20：使所述第一烟气通过催化过滤组件，所述第一烟气中的粉尘被拦截在所述催化过滤组件的表面形成滤饼，所述第一烟气中的还原剂和氮氧化物在所述催化过滤组件中发生脱硝反应生成氮气、水，得到洁净烟气；S30：排出所述洁净烟气。本发明的烟气脱硝除尘的方法工艺简单，可以有效去除烟气中的氮氧化物及固体粉尘，投资成本低，脱硝除尘效率高，催化组件为陶瓷纤维烧结柔性结构，耐腐蚀、不易热震断裂，使用寿命长。

Description

一种烟气脱硝除尘的方法及系统
技术领域
本发明涉及烟气净化的方法及系统设计技术领域，尤指一种烟气脱硝除尘的方法及系统。
背景技术
随着大气污染控制排放法规的日趋完善，颗粒排放与氮氧化物等引起的污染越来越受到人们的重视，国家对各行业颗粒污染物与氮氧化物的排放控制标准也不断的提高。颗粒污染物被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病，氮氧化物(NOx，主要包括NO、NO2、N2O等)排放到大气中不仅会形成酸雨，还能导致化学烟雾，危害人类健康。
目前大多数行业正在运行的烟气处理工艺一般是将除尘与脱硝分步进行。除尘技术有静电、布袋除尘及水洗除尘。其中，静电除尘投资成本高，且对待处理颗粒物有要求；布袋除尘受使用温度的限制，易破损，且处理效果不佳，通常是用多级布袋处理达到排放要求；水洗除尘产生大量废水，废水处理带来新的投资和运行成本。
脱除烟气中的NOx的技术有湿法脱氮、催化分解法、固体吸附法、液体吸收法、等离子活化法、微生物法、选择性非催化还原(SNCR，SelectiveNon-CatalyticReduction)法和选择性催化还原(SCR，SelectiveCatalyticReduction)法等。其中SCR法目前被认为是最好的烟气脱硝技术，具有较高的脱硝效率(可达90％)，且技术较为成熟，无二次污染，在国内外得到越来越多的应用。
SCR法是在催化剂的作用下，用氨(或其他还原剂)选择性的将NOx还原为N2和H2O的方法，其主要反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
催化剂是SCR烟气脱硝系统中关键因素，其性能好坏直接影响SCR系统的整体脱硝效果。目前SCR系统运行的瓶颈主要有烟气中的固体颗粒在催化剂表面的沉积而导致的催化剂失活，以及夹带固体颗粒的高速气体的冲击造成的催化剂磨蚀。
中国专利CN105315000A，主题名称为除尘脱硝一体化陶瓷过滤材料及其制备方法，提出了一种以陶瓷粉末烧结滤芯状催化剂支撑体作为SCR催化剂的载体，在催化剂支撑体的外表面涂布一层莫来石纤维膜的方式，来实现过滤和SCR催化还原一体化，及以外覆的纤维膜作过滤层，内部覆于陶瓷粉末上的催化剂为催化层，实现脱硝除尘的一体化。
这一技术虽然解决了脱硝和除尘分体所带来的不足，但是仍然存在明显缺陷，首先除尘仅由覆于支撑层外表面的过滤层完成，如果在安装过程和使用过程中过滤层脱落，则脱硝除尘一体化完全失效。此外，陶瓷粉末烧结的支撑层脆性大，防热震能力差，容易热震碎裂。
中国专利CN103463871A，主题名称为一种脱硝除尘玻璃纤维覆膜滤料，提出了与专利CN105315000A相类似的技术方案，不同之处在于，专利CN103463871A中采用玻璃纤维作为SCR催化剂的载体，采用聚四氟乙烯作为外表面过滤层，这样的过滤层和支撑层组合，虽然避免了专利CN105315000A中陶瓷粉末容易热震的缺陷，但四氟乙烯的过滤层耐受温度有限，连续工况耐温小于250℃，作为载体的玻璃纤维同样具有耐温不超过250℃的缺陷。所以专利CN103463871A中的技术除了有机的过滤层不耐磨，容易破损外，整体耐温性差，只能在低温区使用，如果不采用贵金属催化剂，根本达不到应有的脱硝效率，从而增加了不必要的成本。
因此，本申请人致力于提供一种新型的烟气脱硝除尘的方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气脱硝除尘的方法及系统，烟气脱硝除尘的方法工艺简单，可以同时对烟气进行脱硝和除尘，且烟气的脱硝除尘效率高，连续运行生命周期长。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种烟气脱硝除尘的方法，包括步骤：
S10：向所述烟气中添加还原剂，得到第一烟气，所述第一烟气中包括粉尘、氮氧化物及还原剂；
S20：使所述第一烟气通过催化过滤组件，所述第一烟气中的粉尘被拦截在所述催化过滤组件的表面形成滤饼，所述第一烟气中的还原剂和氮氧化物在所述催化过滤组件中发生脱硝反应生成氮气、水，得到洁净烟气；
S30：排出所述洁净烟气。
优选地，所述的烟气脱硝除尘的方法还包括步骤：S40：收集所述催化过滤组件的表面的粉尘。
优选地，在步骤S10中，所述烟气包括NOX，加入的所述还原剂与所述烟气中的NOX的摩尔比为1:1～1.1:1；和/或；在步骤S20中，所述第一烟气中的还原剂在所述催化过滤组件中发生脱硝反应时，反应温度为250～380℃；和/或；所述还原剂为氨气、液氨或尿素溶液。
优选地，所述催化过滤组件为微孔结构，设有多个用于所述第一烟气通过的微过滤孔，所述微过滤孔的孔径沿着第一方向逐渐增大，所述第一方向为所述第一烟气通过所述催化过滤组件的方向。
优选地，所述催化过滤组件为微孔结构，设有多个用于所述第一烟气通过的微过滤孔，所述过滤孔的总体积占所述催化过滤组件的总体积的80％。
优选地，所述催化过滤组件的过滤精度级别范围为0.1μm～10μm。
优选地，所述催化过滤组件包括烧结陶瓷纤维和催化剂，所述催化剂烧结负载于所述烧结陶瓷纤维上。
优选地，所述催化剂包括活性组分及载体，其中，所述活性组分包括V2O5和WO3，所述载体为TiO2，在所述催化剂中，V2O5的重量比为1～5％，WO3的重量比为5～10％，其余均为TiO2。
优选地，所述催化剂包括活性组分及载体，其中，所述活性组分包括V2O5和MoO3，所述载体为TiO2，在所述催化剂中，V2O5的重量比为1～5％，MoO3的重量比为5～10％，其余均为TiO2。
优选地，所述催化剂为纳米级催化剂；和/或；在所述催化层中，所述催化剂所占的重量比为20～30％，其余为所述烧结陶瓷纤维。
本发明还公开了一种烟气脱硝除尘的系统，其包括：反应器；进气管道，与所述反应器连通；还原剂添加器，与所述进气管道连通，用于向所述进气管道中的烟气添加还原剂得到第一烟气；催化过滤组件，设置在所述反应器中，用于拦截所述第一烟气中的粉尘及催化所述第一烟气发生脱硝反应。
优选地，所述烟气脱硝除尘的系统还包括：反吹扫装置，固定在所述反应器上，且位于所述催化过滤组件的上方，用于吹落所述催化过滤组件表面的滤饼；粉尘收集装置，位于所述反应器的下方，用于收集所述滤饼。
优选地，所述烟气脱硝除尘的系统还包括：一压力感应器，设置在所述催化过滤组件上，所述压力感应器用于感应所述催化过滤组件内外的压差是否超过第一预设值，若超过，则开启所述反吹扫装置。
本发明的烟气脱硝除尘的方法及系统可以实现以下至少一种有益效果：
1、本发明的烟气脱硝除尘的方法通过向烟气中添加还原剂得到第一烟气，并使第一烟气通过催化过滤组件，第一烟气中的粉尘被过滤在催化过滤组件的表面形成滤饼，其中的氮氧化物和还原剂在催化过滤组件的催化作用下发成脱硝反应，本发明的烟气脱硝除尘的方法步骤简单，且脱硝除尘效率高；
2、本发明的烟气脱硝除尘的方法通过定时收集催化过滤组件的表面的粉尘，可以有效清洁催化过滤组件，从而在一定程度上保证催化过滤组件的催化过滤效果；
3、本发明的烟气脱硝除尘的方法中的催化过滤组件为微孔结构，包含多个微过滤孔，且微过滤孔的孔径沿着第一烟气通过微过滤孔的方向逐步增加，这种结构可以有效避免在滤饼形成初期，粉尘对催化过滤组件的深层污染；
4、本发明的烟气脱硝除尘的方法中的催化过滤组件为微孔结构，包含多个微过滤孔，微过滤孔的总体积占催化过滤组件的体积的80％，较高的空隙率降低了第一烟气在催化过滤组件内部的通过速度，从而增加了第一烟气在催化过滤组件内部的停留时间，进一步有效提高脱硝效率；
5、本发明的烟气脱硝除尘的方法中的催化过滤组件由烧结陶瓷纤维和烧结负载于其上的催化剂组成，陶瓷纤维的柔性可以避免催化过滤组件在使用过程中的非正常热震破碎，从而可以保证本发明的烟气脱硝除尘的方法可以在工业化装置上连续稳定地长周期实施；
6、本发明的烟气脱硝除尘的方法在步骤S20中，加入的还原剂与第一烟气中的NOX的摩尔比为1:1～1.1:1，这样设置可以有效保证脱硝反应完全彻底地进行，还可以避免氨逃逸超标；
7、本发明的烟气脱硝除尘的方法在步骤S20中，第一烟气中的还原剂和氮氧化物在催化过滤组件中发生脱硝反应时生脱硝反应时，反应温度为250～380℃，这样设置可以有效避免催化剂因温度过高烧结失活，还可以有效保证脱硝反应的反应速率，进一步提高了脱硝效率；
8、本发明的烟气脱硝除尘的系统通过还原剂添加器向烟气中添加还原剂从而得到第一烟气，再使第一烟气通过催化过滤组件，第一烟气中的粉尘被截留在催化过滤组件的表面，第一烟气中的氮氧化物和还原剂在催化过滤组件的催化作用下发生脱硝反应生成氮气和水，从而完成对烟气的净化处理。本发明的烟气脱硝除尘的系统结构简单，且其脱硝除尘效率高，不易发生热震，连续运行周期长。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的烟气脱硝除尘的系统的一种具体实施例的结构示意图。
附图标号说明：
反应器1；进气管道2；还原剂添加器3；催化过滤组件4；反吹扫装置5；粉尘收集装置6。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
以下是本发明的一种烟气脱硝除尘的方法的具体实施例。
实施例一
实施例一公开了一种烟气脱硝除尘的方法，包括步骤：
S10：向烟气中添加还原剂，得到第一烟气，第一烟气中包括粉尘、氮氧化物及还原剂；
S20：使第一烟气通过催化过滤组件，第一烟气中的粉尘被拦截在催化过滤组件的表面形成滤饼，第一烟气中的还原剂和氮氧化物在催化过滤组件中发生脱硝反应生成氮气、水，得到洁净烟气；
S30：排出所述洁净烟气。
本发明的烟气脱硝除尘的方法通过向烟气中添加还原剂得到第一烟气，并使第一烟气通过催化过滤组件，从而去除第一烟气中的氮氧化物及粉尘，本发明的烟气脱硝除尘的方法步骤简单，且脱硝除尘效率高。
实施例二
相比于实施例一，实施例二的改进之处在于，实施例二中的烟气脱硝除尘的方法还包括步骤S40：收集所述催化过滤组件的表面的粉尘滤饼。
通过定时收集催化过滤组件的表面的粉尘滤饼，可以有效清洁催化过滤组件，从而在一定程度上保证催化过滤组件的催化过滤效果。
实施例三
相比于实施例一，实施例三的改进之处在于，实施例三中的烟气脱硝除尘的方法在步骤S10中，加入的还原剂与烟气中的NOX的摩尔比为1:1～1.1:1。如果还原剂与烟气中的NOX的摩尔比的比值过小，则脱硝反应不够完全彻底，若比值过大，则会导致氨逃逸超标。
在步骤S20中，第一烟气中的还原剂在催化过滤组件中发生脱硝反应时，反应温度为250～380℃。如果脱硝反应的反应温度过高会导致催化剂的烧结失活，若反应温度过低，则反应速率过慢，脱硝效率低。
在本实施例中，还原剂为氨气、液氨或尿素溶液。
实施例四
相比与实施例一，实施例四的改进之处在于，实施例四中的烟气脱硝除尘的方法中，催化过滤组件为微孔结构，包含多个用于第一烟气通过的微过滤孔，微过滤孔的孔径沿着第一方向逐渐增大，第一方向为第一烟气通过催化过滤组件的方向。由于孔径沿着第一烟气的通过方向逐渐增大，从而有效避免了在滤饼形成初期，第一烟气中的粉尘对催化过滤组件的深层污染。
另外，微过滤孔的总体积占催化过滤组件的总体积的80％，较高的空隙率降低了第一烟气在催化过滤组件内部的通过速度，从而增加了第一烟气在催化过滤组件内部的停留时间，这样可以有效提高脱硝效率。。
在本实施例中，催化过滤组件的过滤级别根据烟气含尘粒度分布进行设计，催化过滤组件的过滤精度级别范围为0.1μm～10μm。
实施例五
相比于实施例一，实施例五的改进之处在于，实施例五中的烟气脱硝除尘的方法中催化过滤组件包括烧结陶瓷纤维和催化剂，催化剂烧结负载于所述烧结陶瓷纤维上。
其中，陶瓷纤维的柔性可以避免催化过滤组件在使用过程中的非正常热震破碎，从而可以保证本发明的烟气脱硝除尘的方法可以在工业化装置上连续稳定地长周期实施，有效延长了催化过滤组件的运行寿命。
实施例六
相比于实施例五，实施例六的改进之处在于，实施例六中的烟气脱硝除尘的方法中的催化剂包括活性组分及载体，其中，活性组分包括V2O5和WO3，载体为TiO2，在催化剂中，V2O5的重量比为1～5％，WO3的重量比为5～10％，其余均为TiO2。
当然，在其他实施例中，催化剂中的活性组分WO3还可以替换为MoO3。
实施例七
相比于实施例一，实施例七的改进之处在于，实施例七中的烟气脱硝除尘的方法中的催化剂为纳米级催化剂，催化剂呈纳米状态时，其比表面积是常规SCR催化剂的3～10倍，从而大大优化了气固接触传质，进而有效提高了脱硝效率。另外，在催化层中，催化剂所占的重量比为20～30％，其余为烧结陶瓷纤维。
实施例八
实施例八是本发明的烟气脱硝除尘的方法的一种较为优选地实施例，包括步骤：
S10：向烟气中添加还原剂，得到第一烟气，第一烟气中包括粉尘、氮氧化物及还原剂，还原剂与烟气中的NOX的摩尔比为1:1～1.1:1，还原剂为氨气、液氨或尿素溶液；
S20：使第一烟气通过催化过滤组件，第一烟气中的粉尘被拦截在催化过滤组件的表面形成滤饼，第一烟气中的还原剂和氮氧化物在催化过滤组件中发生脱硝反应生成氮气、水，得到洁净烟气，脱硝反应的反应温度为250～380℃；
S30：排出洁净烟气；
S40：收集催化过滤组件的表面的粉尘。
在本实施例中，催化过滤组件4为微孔结构，包含多个用于第一烟气通过的微过滤孔，微过滤孔的孔径沿着第一方向逐渐增大，第一方向为第一烟气通过催化过滤组件的方向；催化过滤组件的过滤精度级别范围为0.1μm～10μm。
在本实施例中，催化剂包括活性组分及载体，其中，活性组分包括V2O5和WO3，载体为TiO2，在催化剂中，V2O5的重量比为1～5％，WO3的重量比为5～10％，其余均为TiO2。
在本实施例中，催化剂为纳米级催化剂；在催化层中，催化剂所占的重量比为20～30％，其余为烧结陶瓷纤维。
以下是本发明的烟气脱硝除尘的系统的具体实施例。
实施例一
实施例一公开了一种烟气脱硝除尘的系统，其包括：反应器；进气管道，与反应器连通；还原剂添加器，与进气管道连通，用于向进气管道中的烟气添加还原剂得到第一烟气；催化过滤组件，设置在反应器中，用于去除第一烟气中的粉尘以及催化第一烟气发生脱硝反应。
本发明的烟气脱硝除尘的系统通过还原剂添加器向烟气中添加还原剂从而得到第一烟气，再使第一烟气通过催化过滤组件，第一烟气中的固体杂质颗粒被拦截在催化过滤组件的表面，第一烟气中的氮氧化物与还原剂则在催化过滤组件的催化作用下发生脱硝反应生成氮气和水，从而完成对烟气的净化处理。本发明的烟气脱硝除尘的系统结构简单，可以对烟气实现较好的脱硝除尘效果，且其脱硝除尘效率高，寿命长。
实施例二
相比于实施例一，实施例二的改进之处在于，实施例二中的烟气脱硝除尘的系统还包括：反吹扫装置，反吹扫装置固定在反应器上，且位于催化过滤组件的上方，用于吹落催化过滤组件表面的粉尘；粉尘收集装置，位于反应器的下方，用于收集粉尘。
本实施例中的烟气脱硝除尘的系统通过反吹扫装置清除催化过滤组件表面的粉尘滤饼，再通过粉尘收集装置收集固体废物，这样设置可以有效保证催化过滤组件的催化效果。
实施例三
相比于实施例一，实施例三的改进之处在于，实施例三中的烟气脱硝除尘的系统还包括：一压力感应器，设置在催化过滤组件上，压力感应器用于感应催化过滤组件内外的压差是否超过第一预设值，若超过，则开启反吹扫装置。这样设置提高了系统的智能化程度。
实施例四
如图1所示，实施例四公开了本发明的烟气脱硝除尘的系统的一种较为优选的实施例，其包括：反应器1；进气管道2，与反应器1连通；还原剂添加器3，与进气管道2连通，用于向进气管道2中的烟气添加还原剂得到第一烟气；催化过滤组件4，催化过滤组件4，催化过滤组件4设置在反应器1中，用于去除第一烟气中的粉尘以及催化第一烟气发生脱硝反应。
在本实施例中，烟气脱硝除尘的系统还包括：反吹扫装置5，固定在反应器1上，且位于催化过滤组件4的上方，用于吹落催化过滤组件表面的粉尘；粉尘收集装置6，位于反应器1的下方，用于收集粉尘。
在本实施例中，烟气脱硝除尘的系统还包括：一压力感应器，设置在催化过滤组件上，压力感应器用于感应催化过滤组件内外的压差是否超过第一预设值，若超过，则开启反吹扫装置。
如图1所示，本发明的烟气脱硝除尘的系统的实施例四的工作过程如下：
通过还原剂添加器3向进气管道2中的烟气添加还原剂得到第一烟气，使第一烟气通过反应器1内的催化过滤组件4，第一烟气中的粉尘被截留在催化过滤组件4的表面，第一烟气中的氮氧化物及还原剂在催化过滤组件4的催化作用下发生脱硝反应，生成氮气和水，从而完成烟气的脱硝除尘过程。
当压力感应器感应到催化过滤组件4的内外压差超过第一预设值时，打开反吹扫装置5对催化过滤组件4进行反吹扫，从而吹落其表面的粉尘滤饼，再通过粉尘收集装置6收集吹落的粉尘滤饼。
表1是根据本发明的烟气脱硝除尘的方法的实施例八实施的6次实验及其实验结果，从实验结果中可以看出，通过本发明中的烟气净化方法处理烟气后，烟气中粉尘含量及氮氧化物含量均得到了有效降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝除尘的方法，其特征在于，包括步骤：
S10：向所述烟气中添加还原剂，得到第一烟气，所述第一烟气中包括粉尘、氮氧化物及还原剂；
S20：使所述第一烟气通过催化过滤组件，所述第一烟气中的粉尘被拦截在所述催化过滤组件的表面形成滤饼，所述第一烟气中的还原剂和氮氧化物在所述催化过滤组件中发生脱硝反应生成氮气、水，得到洁净烟气；
S30：排出所述洁净烟气。
2.如权利要求1所述的烟气脱硝除尘的方法，其特征在于，还包括步骤：
S40：收集所述催化过滤组件的表面的粉尘。
3.如权利要求1所述的烟气脱硝除尘的方法，其特征在于：
在步骤S10中，所述烟气包括NOX，加入的所述还原剂与所述烟气中的NOX的摩尔比为1:1～1.1:1；
和/或；
在步骤S20中，所述第一烟气中的还原剂在所述催化过滤组件中发生脱硝反应时，反应温度为250～380℃；
和/或；
所述还原剂为氨气、液氨或尿素溶液。
4.如权利要求1所述的烟气脱硝除尘的方法，其特征在于：
所述催化过滤组件为微孔结构，包含多个用于所述第一烟气通过的微过滤孔，所述微过滤孔的孔径沿着第一方向逐渐增大，所述第一方向为所述第一烟气通过所述催化过滤组件的方向；
和/或；
所述催化过滤组件为微孔结构，包含多个用于所述第一烟气通过的微过滤孔，所述微过滤孔的总体积占所述催化过滤组件的总体积的80％；
和/或；
所述催化过滤组件的过滤精度级别范围为0.1μm～10μm。
5.如权利要求1至4中任一项所述的烟气脱硝除尘的方法，其特征在于：
所述催化过滤组件包括烧结陶瓷纤维和催化剂，所述催化剂烧结负载于所述烧结陶瓷纤维上。
6.如权利要求5所述的烟气脱硝除尘的方法，其特征在于：
所述催化剂包括活性组分及载体，其中，所述活性组分包括V2O5和WO3，所述载体为TiO2，在所述催化剂中，V2O5的重量比为1～5％，WO3的重量比为5～10％，其余均为TiO2；
或；
所述催化剂包括活性组分及载体，其中，所述活性组分包括V2O5和MoO3，所述载体为TiO2，在所述催化剂中，V2O5的重量比为1～5％，MoO3的重量比为5～10％，其余均为TiO2。
7.如权利要求5所述的烟气脱硝除尘的方法，其特征在于：
所述催化剂为纳米级催化剂；
和/或；
在所述催化层中，所述催化剂所占的重量比为20～30％，其余为烧结陶瓷纤维。
8.一种烟气脱硝除尘的系统，其特征在于，其包括：
反应器；
进气管道，与所述反应器连通；
还原剂添加器，与所述进气管道连通，用于向所述进气管道中的烟气添加还原剂得到第一烟气；
催化过滤组件，设置在所述反应器中，用于拦截所述第一烟气中的粉尘及催化所述第一烟气发生脱硝反应。
9.如权利要求8所述的烟气脱硝除尘的系统，其特征在于，还包括：
反吹扫装置，固定在所述反应器上，且位于所述催化过滤组件的上方，
用于吹落所述催化过滤组件表面的滤饼；
粉尘收集装置，位于所述反应器的下方，用于收集所述滤饼。
10.如权利要求8所述的烟气脱硝除尘的系统，其特征在于，还包括：
一压力感应器，设置在所述催化过滤组件上，所述压力感应器用于感应所述催化过滤组件内外的压差是否超过第一预设值，若超过，则开启所述反吹扫装置。
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