CN108211791A - 一种双室模块化交替脱硝系统及脱硝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双室模块化交替脱硝系统及脱硝方法，包括如下步骤：1)调节第一三通阀，使烟气通入第一反应器设定时间，第一反应器中的催化剂对烟气中的氮氧化物进行吸附富集，调节第三三通阀，使经过吸附后的烟气经烟气排放装置排放；2)调节第一三通阀，使烟气通入第二反应器，同时调节第二三通阀，使还原气通入第一反应器设定时间，还原气与吸附在催化剂上的氮氧化物进行催化还原反应，调节第三三通阀，使反应后的气体流至反应气体收集装置收集，调节第四三通阀，使经过第二反应器吸附后的烟气经烟气排放装置排放，然后调节第二三通阀，向第二反应器中通入还原气进行反应；3)按照步骤1)和步骤2)的方法，实现烟气和还原气分别交替流入第一反应器和第二反应器，对烟气中的氮氧化物进行催化脱除。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硝领域，具体涉及一种双室模块化交替脱硝系统及脱硝方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是主要大气污染物之一，其形成的酸雨或酸雾与碳氢化合物结合形成光化学烟雾，会对臭氧层造成一定的破坏。目前，60％以上的氮氧化物来自于煤燃烧产生的烟气。目前，世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术是以氨为还原剂的选择催化还原NOx技术(NH3-SCR)。NH3-SCR技术脱硝效率高，成熟可靠，适应性强，特别适合煤质多变、机组负荷变动频繁以及对空气质量要求较敏感区域的燃煤机组上使用。但是SCR技术由于采用喷入氨为还原剂，会对管道产生腐蚀；控制不当易使氨逃逸产生二次污染及造成空气预热器的堵塞等问题。
而以CO、碳氢化合物等燃料型气体为还原剂亦可实现烟气的脱硝，且成本低廉，但此脱硝过程存在对氮氧化物的还原选择性较低，还原剂被烟气中的氧气大量消耗导致还原气用量大、氮氧化物的去除效率低的问题。与烟气中的氮氧化物反应后的还原气与烟气混合排放，但是此时还原气中还残留一定量的还原气体，随烟气排放时，不但会造成环境的污染，还会造成还原气的浪费，提高烟气处理成本。此外，不同场所或同一场所的不同时间段需要处理的烟气流量差别较大，烟气流量大时，相同的脱硝设备难以对较大流量的烟气进行处理，降低了烟气处理效率。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种双室模块化交替脱硝系统及脱硝方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种双室模块化交替脱硝装置，包括第一反应器、第二反应器、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、烟气排放装置和反应气体收集装置，其中，
第一反应器和第二反应器并联设置，第一三通阀分别与烟气源、第一反应器的烟气进口和第二反应器的烟气进口连接，第二三通阀分别与还原气源、第一反应器的还原气进口和第二反应器的还原气进口连接，第一三通阀和第二三通阀的开闭控制烟气和还原气交替进入第一反应器和第二反应器；
第三三通阀分别与第一反应器的出口、烟气排放装置和反应器收集装置连接；第四三通阀分别与第二反应器的出口、烟气排放装置和反应气体收集装置连接，第三三通阀和第四三通阀的开闭控制清洁后的空气和反应后气体分开排放；
第一反应器和第二反应器中均设置有催化剂层，催化剂层由负载于硅铝氧化物载体上的非贵金属催化剂组成。
第一反应器和第二反应器中催化剂层中的硅铝氧化物载体具有吸附特性，将烟气单独通入时，可以将烟气中的氮氧化物选择性吸附富集，除去氮氧化物的烟气自反应器的出口排放。然后将还原气单独通入反应器中，直接与吸附在催化剂层上的氮氧化物反应，不但提高了对氮氧化物的催化还原效率，还可以避免还原气与烟气中大量的氧气接触，提高了氮氧化物去除的选择性，提高了还原气的有效利用率。
第三三通阀和第四三通阀的开闭控制清洁后的空气和反应后气体分开排放，反应后的气体中残留的还原气体可以循环利用，既可以避免残留的还原气体随清洁后烟气排放对空气造成污染，又可以避免提高还原气的利用率，降低烟气处理成本。
优选的，所述催化剂层位于反应器的中部，完全覆盖反应器的横截面，催化剂层的上游和下游均留有一定的空间。
催化剂层完全覆盖反应器的横截面，可以使烟气完全流过催化剂层，保证烟气的处理程度。催化剂层的上游留有一定的空间，烟气流入反应器后，经过一定时间的扩散流动，均匀分布在反应器的横截面上，均匀流过催化剂层，可以提高催化剂的有效利用率和催化剂的使用寿命。
进一步优选的，催化剂层的厚度为反应器高度的1/3-3/4。
优选的，所述非贵金属催化剂为Fe、Cu、V或Ce。
一种双室模块化交替脱硝系统，包括若干组并列设置的所述脱硝装置。
一种双室模块化交替脱硝方法，包括如下步骤：
1)调节第一三通阀，使烟气通入第一反应器设定时间，第一反应器中的催化剂对烟气中的氮氧化物进行吸附富集，调节第三三通阀，使经过吸附后的烟气经烟气排放装置排放；
2)调节第一三通阀，使烟气通入第二反应器，同时调节第二三通阀，使还原气通入第一反应器设定时间，还原气与吸附在催化剂上的氮氧化物进行催化还原反应，调节第三三通阀，使反应后的气体流至反应气体收集装置收集，调节第四三通阀，使经过第二反应器吸附后的烟气经烟气排放装置排放，然后调节第二三通阀，向第二反应器中通入还原气进行反应；
3)按照步骤1)和步骤2)的方法，实现烟气和还原气分别交替流入第一反应器和第二反应器，对烟气中的氮氧化物进行催化脱除。
优选的，所述催化剂由负载在硅铝氧化物载体上的非贵金属催化剂组成。
进一步优选的，硅铝氧化物为分子筛或氧化铝，非贵金属催化剂为Fe、Cu、V或Ce催化剂。
优选的，所述还原气为一氧化碳、碳氢化合物、氨、煤气或液化石油气。
优选的，当还原气为碳氢化合物时，通入反应器的还原气的浓度为1-20％，其中的％为体积百分数。
进一步优选的，所述还原气采用氮气进行稀释。
优选的，还原气与烟气的体积流量比范围为1:1-1:20。
优选的，烟气的进口温度为200-500℃，还原气的温度高于烟气温度0-50℃，这样可以增加还原室的催化剂还原效率。
本发明的有益效果为：
本发明采用双室模块化交替脱硝技术，根据烟气量将烟气分流为多个并联的分支，各自进入独立的脱硝模块，各个模块中交替通入烟气还原剂，同时进行吸附脱附反应实现氮氧化物的脱除，提高整体脱硝效率同时实现出口烟气和还原气的持续分流。烟气和还原气的持续分流亦可保证还原气体的浓度和纯度，可循环进入还原气回路重复利用，减少还原气的消耗量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明单个模块中的脱硝装置的结构示意图；
图2是多个反应器模块化拼装结构图(单侧)。
其中，1、第一三通阀，2、第二三通阀，3、第二反应器，4、第四三通阀，5、反应气体收集装置，6、烟气排放装置，7、第三三通阀，8、第一反应器，9、催化剂层，10、烟气源。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1和图2所示，一种双室模块化交替脱硝装置，包括第一反应器8、第二反应器3、第一三通阀1、第二三通阀2、第三三通阀3、第四三通阀4、烟气排放装置6和反应气体收集装置5，其中，第一反应器8和第二反应器3并联设置，第一三通阀1分别与烟气源10、第一反应器8的烟气进口和第二反应器3的烟气进口连接，第二三通阀2分别与还原气源、第一反应器8的还原气进口和第二反应器3的还原气进口连接，第一三通阀1和第二三通阀2的开闭控制烟气和还原气交替进入第一反应器8和第二反应器3；
第三三通阀7分别与第一反应器8的出口、烟气排放装置10和反应气体收集装置5连接；第四三通阀4分别与第二反应器3的出口、烟气排放装置10和反应气体收集装置5连接，第三三通阀7和第四三通阀4的开闭控制清洁后的空气和反应后气体分开排放；
第一反应器8和第二反应器3中均设置有催化剂层9，催化剂层9由负载于硅铝氧化物载体上的非贵金属催化剂制成，非贵金属催化剂为Fe、Cu、V或Ce，负载于TiO2、活性碳或CeO2等多孔介质载体表面。催化剂层9位于反应器的中部或中上部，完全覆盖第一反应器8和第二反应器3的横截面，催化剂层9的上游和下游均留有一定的空间。催化剂层9的厚度为第一反应器8和第二反应器3高度的1/5-1/3，作为一个具体的实施方案，催化剂层9的厚度为反应器高度的1/4。
如图2所示，一种双室模块化交替脱硝系统，包括若干组并列设置的所述脱硝装置，如2组、3组、4组或更多组，每组脱硝装置中的反应器通过三通阀与烟气源和还原气源连接，对过多的烟气进行分流，实现烟气的高效率处理。
向第一反应器8的烟气进气口通入烟气，调节第一三通阀1使烟气进入第一反应器1，烟气中的NOx被吸附在催化剂表面，调节第二三通阀3，使清洁气体从烟气排放装置6排出，随后向第一反应器8的还原剂进气口通入还原剂(可以是CO、碳氢化合物、氨等)调节第二三通阀2使还原剂通过管道进入第一反应器1。同时调节第一三通阀1，使烟气通过管道进入第二反应器3，此时第一反应器8中进行NOx的还原反应，调节第三三通阀7，使反应后的混合气体进反应气体收集装置5收集。第二反应器3中进行NOx的吸附，调节第三三通阀7，使清洁气体从烟气排放装置6排出。完成一轮脱附吸附后，通过调节阀门向两个反应器继续上述操作进行下一轮吸附-还原过程。
此处的烟气排放装置5可以为包括烟气排放管道的任意结构的装置。反应气体收集装置5为反应后气体暂时收集的装置，只需要有一定的容积即可，反应气体收集装置5可以与还原气源连接，将这部分气体循环利用，便于充分利用反应后气体中残留的还原性气体。
还原气可采用一氧化碳、碳氢化合物、氨、煤气、液化石油气等一系列还原性气体，该还原剂可以用氮气加以稀释，碳氢化合物的浓度范围为1-20％。
还原气与烟气的体积流量比范围为1:20-1:400。烟气的进口温度为200-500℃。还原剂进口温度和进口烟气温度相同或略高，与烟气的温度差范围为0-50℃。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双室模块化交替脱硝装置，其特征在于：包括第一反应器、第二反应器、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、烟气排放装置和反应气体收集装置，其中，
第一反应器和第二反应器并联设置，第一三通阀分别与烟气源、第一反应器的烟气进口和第二反应器的烟气进口连接，第二三通阀分别与还原气源、第一反应器的还原气进口和第二反应器的还原气进口连接，第一三通阀和第二三通阀的开闭控制烟气和还原气交替进入第一反应器和第二反应器；
第三三通阀分别与第一反应器的出口、烟气排放装置和反应器收集装置连接；第四三通阀分别与第二反应器的出口、烟气排放装置和反应气体收集装置连接，第三三通阀和第四三通阀的开闭控制清洁后的空气和反应后气体分开排放；
第一反应器和第二反应器中均设置有催化剂层，催化剂层由负载于硅铝氧化物载体上的非贵金属催化剂组成。
2.根据权利要求1所述的双室模块化交替脱硝装置，其特征在于：所述催化剂层位于反应器的中部，完全覆盖反应器的横截面，催化剂层的上游和下游均留有一定的空间。
3.根据权利要求2所述的双室模块化交替脱硝装置，其特征在于：催化剂层的厚度为反应器高度的1/3-3/4。
4.一种双室模块化交替脱硝系统，其特征在于：包括若干组并列设置的所述脱硝装置。
5.一种双室模块化交替脱硝方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)调节第一三通阀，使烟气通入第一反应器设定时间，第一反应器中的催化剂对烟气中的氮氧化物进行吸附富集，调节第三三通阀，使经过吸附后的烟气经烟气排放装置排放；
2)调节第一三通阀，使烟气通入第二反应器，同时调节第二三通阀，使还原气通入第一反应器设定时间，还原气与吸附在催化剂上的氮氧化物进行催化还原反应，调节第三三通阀，使反应后的气体流至反应气体收集装置收集，调节第四三通阀，使经过第二反应器吸附后的烟气经烟气排放装置排放，然后调节第二三通阀，向第二反应器中通入还原气进行反应；
3)按照步骤1)和步骤2)的方法，实现烟气和还原气分别交替流入第一反应器和第二反应器，对烟气中的氮氧化物进行催化脱除。
6.根据权利要求5所述的双室模块化交替脱硝方法，其特征在于：所述催化剂由负载在硅铝氧化物载体上的非贵金属催化剂组成；
优选的，硅铝氧化物为分子筛或氧化铝，非贵金属催化剂为Fe、Cu、V或Ce催化剂。
7.根据权利要求5所述的双室模块化交替脱硝方法，其特征在于：所述还原气为一氧化碳、碳氢化合物、氨、煤气或液化石油气。
8.根据权利要求7所述的双室模块化交替脱硝方法，其特征在于：当还原气为碳氢化合物时，通入反应器的还原气的浓度为1-20％，％为体积百分数。
9.根据权利要求5所述的双室模块化交替脱硝方法，其特征在于：还原气与烟气的体积流量比范围为1:1-1:20。
10.根据权利要求5所述的双室模块化交替脱硝方法，其特征在于：烟气的进口温度为200-500℃，还原气的温度高于烟气温度0-50℃。
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