CN110420640B - 烟气催化剂、烟气中多种污染物协同处理装置及方法 - Google Patents

烟气催化剂、烟气中多种污染物协同处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了烟气催化剂、烟气中多种污染物协同处理装置及方法，将烟气通入填充有烟气催化剂的吸附区，当吸附区流出的烟气中的氮氧化物、汞、挥发性有机物或一氧化碳的浓度高于设定值时，将烟气催化剂转移至还原解吸区；向还原解吸区中通入还原气体进行还原再生，此时吸附在催化剂表面的尚未被氧化的挥发性有机物与未被还原的氮氧化物在还原气的吹扫作用下脱附下来，当从还原解吸区流出的还原气中的氮氧化物、汞或挥发性有机物的浓度低于设定值时，将烟气催化剂转移至吸附区；烟气催化由铁盐、钴盐和其他金属盐负载至活性碳基材料经过煅烧、碱处理、煅烧获得。本公开可以实现对烟气中的氮氧化物、VOCs、汞及CO等多种污染物的同时脱除。

Description

烟气催化剂、烟气中多种污染物协同处理装置及方法
技术领域
本发明涉及烟气净化处理领域，具体涉及烟气催化剂、烟气中多种污染物协同处理装置及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
电厂烟气中的污染物主要包括氮氧化物、挥发性有机物(VOCs)、汞、一氧化碳等，这些污染物会对大气造成严重的污染。目前的主要烟气脱硝工艺是选择性催化还原(SCR)法，主要的VOCs脱除方法是活性炭材料吸附法，主要的脱汞方法是除尘器与吸附剂联合脱汞。发明人发现，采用上述方法脱除烟气中的各种污染物时，均需要单独的设备分别对各种污染物进行脱除，不仅占地面积大，而且运行、维护成本高，另外，上述污染物脱除方法中会用到毒性催化剂等环境不友好物质，会额外造成环境的二次污染。
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烟气催化剂、烟气中多种污染物协同处理装置及方法。使用该中催化剂的烟气处理装置可以实现对烟气中的氮氧化物、挥发性有机物、汞以及一氧化碳等多种污染物的同时脱除。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
第一方面，一种烟气催化剂的制备方法，将铁盐、钴盐和其他金属盐溶解于水中获得混合盐溶液；将活性碳基材料加入至混合盐溶液中，使活性碳基材料负载金属离子；将负载金属离子的活性碳基材料在惰性气氛下煅烧获得负载金属的活性碳基材料；将负载金属的活性碳基材料浸渍至碱性溶液中，将浸渍后的负载金属的活性碳基材料在惰性气氛下煅烧获得烟气催化剂，所述其他金属盐为镍盐、锰盐、铬盐、钛盐、铜盐、锌盐中的一种或多种。
在一些实施例中，包括如下步骤：
将铁盐、钴盐和其他金属盐解于去离子水中，恒温搅拌使铁盐、钴盐和其他金属盐完全溶解后得到前驱体溶液；
将前驱体溶液中的金属离子负载到活性碳基材料上，将负载金属离子的活性碳基材料在惰性气氛下煅烧得到负载金属的活性碳基材料；
将负载金属的活性碳基材料置于碱性溶液中恒温浸渍，调节碳基材料表面的碱性官能团，然后将碳基材料取出洗涤干燥并煅烧后，得到烟气催化剂。
为了获得活性碳基材料，在一些实施例中，将碳基材料置于酸性溶液中恒温浸泡后，将碳基材料取出洗涤至中性，并干燥煅烧，得到扩孔活化后的活性碳基材料。例如半焦制备活性半焦。
本发明中所述的活性碳基材料为活性半焦、活性炭、活性炭纤维、碳纳米管等。
进一步的，所述酸性溶液为硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或几种。所述酸性溶液的浓度为1～40wt.％。
进一步的，碳基材料在酸性溶液中浸泡的温度为20～80℃，浸泡的时间为2～24h。
进一步的，洗涤后的干燥温度为30～110℃，干燥时间为4～24h。
在一些实施例中，煅烧温度为200～800℃，煅烧时间为1～4h。
将前驱体溶液中的金属离子负载到活性碳基材料上的负载方式为浸渍法、水热法或其他负载方式。
在一些实施例中，负载方式为浸渍法，步骤为：将活性碳基材料浸渍于前驱体溶液中，然后干燥。
进一步的，浸渍的温度为20～80℃，浸渍的时间为4～24h。
在一些实施例中，负载方式为水热法，步骤为：将活性碳基材料加入至前驱体溶液中，密闭后加热，加热后的物料取出后进行干燥。
进一步的，水热法的温度为100～300℃，压力为0.2～100MPa。
其中，所述铁盐为含有三价铁离子的化合物，例如硝酸铁、氯化铁等。
所述钴盐为含有钴离子的化合物，例如硝酸钴、氯化钴等。其他金属盐为含有其他金属离子的化合物，例如硝酸盐、氯化物等。
在一些实施例中，所述碱性溶液为氨水、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中的一种或几种。所述碱性溶液的浓度为0.5～30wt.％。
在一些实施例中，获得的烟气催化剂中金属的质量占烟气催化剂总质量的0.1～40％。
另一方面，一种上述制备方法获得的烟气催化剂。
经过实验发现，本发明制备的烟气催化剂能够在同一反应温度窗口下完成脱硝、脱汞、脱除VOCs及脱除CO，且污染物的去除率较高。
第三方面，一种烟气中多种污染物协同处理装置，包括：吸附区、还原解吸区和催化剂结构，
吸附区与烟气源连接，还原解吸区与还原气体源连接；
所述催化剂结构中的催化剂为上述烟气催化剂；
催化剂结构在吸附区吸附烟气中的多种污染物后，转移至还原解吸区进行再生。
在一些实施例中，所述处理装置为双室结构、回转式结构或循环流化床结构。
进一步的，当处理装置为双室结构时，每室均分别设置有烟气进口、烟气出口、还原气体进口和还原气体出口，每室中均填充有所述烟气催化剂。
进一步的，当处理装置为回转式结构时，回转式结构的壳体划分为两个区域，分别为吸附区和还原解吸区，柱状催化剂划分为两个区域，柱状催化剂与壳体同轴设置，柱状催化剂在壳体中旋转，实现催化剂在吸附区和还原解吸区的循环。
在一些实施例中，所述吸附区内，沿烟气的流动方向，催化剂的填充厚度为0.2～1m，催化剂的填充密度为0.2～0.7g/cm3。
第四方面，烟气中多种污染物协同处理方法，包括如下步骤：
将烟气通入填充有所述烟气催化剂的吸附区，当吸附区流出的烟气中的氮氧化物、汞、挥发性有机物或一氧化碳的浓度高于设定值时，将所述烟气催化剂转移至还原解吸区；
向还原解吸区中通入还原气体进行还原再生，此时吸附在催化剂表面的尚未被氧化的挥发性有机物与未被还原的氮氧化物在还原气的吹扫作用下脱附下来，当从还原解吸区流出的还原气中的氮氧化物、汞或挥发性有机物的浓度低于设定值时，将所述烟气催化剂转移至吸附区。
吸附区：氮氧化物、汞、挥发性有机物和一氧化碳的脱除原理为：
NOx吸附：NO+O2+*→NO2*；
VOCs脱除：VOCs+O2→CO2+H2O；
Hg吸附：Hg+O2+*→HgO*；
CO脱除：CO+O2→CO2。
还原解吸区，催化剂再生过程：
NOx还原：NO2*+CO→N2+CO2；
Hg吸附：HgO*+CO→Hg+CO2。
在一些实施例中，烟气在所述烟气催化剂中的停留时间为0.5～2s。
在一些实施例中，还原再生的温度为200～500℃。
在一些实施例中，所述还原气体为一氧化碳、氢气、甲烷或碳氢化合物。可来源于储备气体、热解气、高炉煤气、焦炉煤气、天然气等。
进一步的，所述还原气体的浓度为0.2～5％。
在一些实施例中，当吸附区流出的烟气中的氮氧化物、汞、挥发性有机物或一氧化碳的浓度高于100ppm时，将所述烟气催化剂转移至还原解吸区。
在一些实施例中，当从还原解吸区流出的还原气中的氮氧化物、汞或挥发性有机物的浓度低于100ppm时，将所述烟气催化剂转移至吸附区。
本发明的工作过程以及原理如下：
未经处理的烟气由烟气进气管道输送进其中一个反应器，在经过催化剂层时，烟气中的氮氧化物和汞在烟气中的氧气的作用下被氧化并吸附在催化剂表面，烟气中的VOCs和一氧化碳在烟气中的氧气的作用下被氧化生成二氧化碳、水等无毒无害的产物，随着处理后的烟气由烟气出气管道排出。还原气在还原气进气管道中首先经过换热器进行预加热，使还原气的温度达到能与氮氧化物充分反应的温度，之后由还原气进气管道输送进另一个反应器，在经过催化剂层时，还原气将催化剂表面吸附的氮氧化物还原成氮气，并将催化剂表面吸附的汞脱附下来，此时吸附在催化剂表面的尚未被氧化的挥发性有机物与为被还原的氮氧化物也在还原气的吹扫作用下脱附下来，反应后的气体携带着汞由还原气出气管道流经冷凝器，气体中的汞在冷凝器处冷凝回收。当烟气流经的反应器中的催化剂层任一污染物吸附饱和后，管路上的转向风门与阀门同时切换工作状态，使流入两个反应器的气氛交换。在该工作过程中，任意一个反应器中的催化剂都在循环进行“吸附-再生-吸附-再生……”的过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的催化剂可将烟气中的NOx吸附并还原成氮气，将烟气中的汞吸附并在特定装置中回收，将烟气中的VOCs和CO彻底氧化成CO2和水；本发明催化剂可在同一反应温度窗口下完成上述污染物脱除过程。本发明可同时脱除多种烟气污染物，可有效降低烟气净化的设备投资成本与维护成本，大大降低占地面积。本发明的催化剂使用过渡金属作为活性成分，碳基材料作为载体，催化剂的制备成本低，易回收，对环境无污染，并且具有一定的机械强度。
2.本发明结构简单，通过配置烟气与还原气流入反应器的路径通道，同步进行氮氧化物的吸附-还原气还原解耦脱硝、VOCs的氧化消除、重金属汞的氧化吸附-还原气促进脱附-冷凝回收、有害物质一氧化碳的氧化脱除等一系列污染物协同治理过程，避免了烟气中的氧气对于还原气的影响，实现了多污染物的综合高效控制，大大提高了烟气多种污染物脱除效率，减小了占地面积与对环境、设备的投资，有很强的实用性。
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为本发明的一种还原气处理的烟气多污染物同时脱除装置结构示意图；
图2为本发明的一种还原气处理的烟气多污染物同时脱除控制系统结构示意图；
图3为本发明的一种还原气处理的烟气多污染物同时脱除控制系统与方法的控制逻辑图，C为浓度，P为压力，T为温度；
其中：1、反应器，2、烟气进气管路，3、还原气进气管路，4、烟气出气管路，5、还原气出气管路，6、循环气路，7、催化剂层，8、换热器，9、冷凝器，10、风机，11、密封装置，12、第一转向风门，13、第二转向风门，14、第一监测器，15、第二监测器，16、第三监测器，17、第四监测器，18、检测/控制系统。
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。
实施例1
一种用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以半焦为载体，将半焦颗粒浸渍在80℃的30wt.％的硝酸溶液中2h，将半焦取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到活性半焦。
(2)将1g硝酸铁、0.36g硝酸钴、0.24g硝酸镍溶解在50mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(3)将10g活性半焦浸渍在前驱体溶液中，常温下搅拌4h，之后将溶液置于90℃的烘箱中干燥24h，再将所得固体置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，得到附载了活性组分的活性半焦。
(4)将附载了活性组分的活性半焦浸渍于60℃的浓度10wt.％的氨水溶液中浸渍2h，将活性半焦颗粒取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40～80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率为99.5％，汞的脱除效率为81.7％，VOCs的脱除效率为92.3％，CO的脱除效率高于99.2％。
实施例2
一种用于同时脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以半焦为载体，将半焦颗粒浸渍在80℃的30wt.％的硝酸溶液中2h，将半焦取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到活性半焦。
(2)将1g硝酸铁、0.36g硝酸钴、0.32g硝酸铜溶解在50mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(3)将10g活性半焦浸渍在前驱体溶液中，常温下搅拌4h，之后将溶液置于90℃的烘箱中干燥24h，再将所得固体置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，得到附载了活性组分的活性半焦。
(4)将附载了活性组分的活性半焦浸渍于60℃的浓度10wt.％的氨水溶液中浸渍2h，将活性半焦颗粒取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40～80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率为95.8％，汞的脱除效率为80.7％，VOCs的脱除效率为91.4％，CO的脱除效率为96.3％。
实施例3
一种用于同时脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以半焦为载体，将半焦颗粒浸渍在80℃的30wt.％的硝酸溶液中2h，将半焦取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到活性半焦。
(2)将20g硝酸铁、3.6g硝酸钴、2.4g硝酸镍溶解在50mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(3)将10g活性半焦与前驱体溶液置于高压水热釜中，加热至160℃并保持24h，降至室温后过滤，将所得固体置于90℃的烘箱中干燥12h，之后将所得固体在氮气的气氛下700℃煅烧4h，得到附载了活性组分的活性半焦。
(4)将附载了活性组分的活性半焦浸渍于60℃的浓度10wt.％的氨水溶液中浸渍2h，将活性半焦颗粒取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40～80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率为99.4％，汞的脱除效率为82.8％，VOCs的脱除效率为92.6％，CO的脱除效率为99.4％。
实施例4
一种用于同时脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以活性碳纤维为载体，将20g硝酸铁、3.6g硝酸钴、3.2g硝酸铜溶解在50mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(2)将10g活性碳纤维与前驱体溶液置于高压水热釜中，加热至160℃并保持24h，降至室温后过滤，将所得固体置于90℃的烘箱中干燥12h，之后将所得固体在氮气的气氛下700℃煅烧4h，得到附载了活性组分的活性碳纤维。
(3)将附载了活性组分的活性碳纤维浸渍于60℃的浓度10wt.％的氨水溶液中浸渍2h，将活性碳纤维颗粒取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40-80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率高于99％，汞的脱除效率高于80％，VOCs的脱除效率高于90％，CO的脱除效率高于99％。
对比例1
一种用于同时脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以半焦为载体，将半焦颗粒浸渍在80℃的30wt.％的硝酸溶液中2h，将半焦取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到活性半焦。
(2)将0.36g硝酸钴、0.24g硝酸镍、0.32g硝酸铜溶解在50ml去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(3)将10g活性半焦浸渍在前驱体溶液中，常温下搅拌4h，之后将溶液置于90℃的烘箱中干燥24h，再将所得固体置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，得到附载了活性组分的活性半焦。
(4)将附载了活性组分的活性半焦浸渍于60℃的浓度10wt.％的氨水溶液中浸渍2h，将活性半焦颗粒取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40～80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率为77.2％，汞的脱除效率为70.6％，VOCs的脱除效率为74.3％，CO的脱除效率为76.2％。
对比例2
一种用于同时脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以半焦为载体，将1g硝酸铁、0.36g硝酸钴、0.24g硝酸镍溶解在50ml去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(2)将10g半焦浸渍在前驱体溶液中，常温下搅拌4h，之后将溶液置于90℃的烘箱中干燥24h，再将所得固体置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，得到附载了活性组分的活性半焦。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40-80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率低于64.3％，汞的脱除效率低于56.2％，VOCs的脱除效率低于60.2％，CO的脱除效率低于70.5％。
对比例3
一种用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以半焦为载体，将半焦颗粒浸渍在80℃的30wt.％的硝酸溶液中2h，将半焦取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到活性半焦。
(2)将1g硝酸铁、0.36g硝酸钴溶解在50mL去离子水中，室温搅拌至完全溶解，得到活性组分的前驱体溶液。
(3)将10g活性半焦浸渍在前驱体溶液中，常温下搅拌4h，之后将溶液置于90℃的烘箱中干燥24h，再将所得固体置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，得到附载了活性组分的活性半焦。
(4)将附载了活性组分的活性半焦浸渍于60℃的浓度10wt.％的氨水溶液中浸渍2h，将活性半焦颗粒取出后用去离子水反复洗涤颗粒至中性，置于90℃的烘箱中干燥24h，再置于700℃的煅烧炉中在氮气气氛下煅烧4h，取出后得到用于协同脱除烟气中多种污染物的烟气催化剂。
在实验室模拟烟气净化实验中，取40～80目的制得的烟气催化剂放入反应器中，在10000h-1空速下的NOx吸附脱除效率为85.3％，汞的脱除效率为76.2％，VOCs的脱除效率为81.3％，CO的脱除效率高于86.9％。
实施例5
如图1所示，一种还原气处理的烟气多污染物同时脱除装置，包括两个反应器1、烟气进气管路2、还原气进气管路3、烟气出气管路4、还原气出气管路5、循环气路6，所述每个反应器1有烟气进口、还原气进口、烟气出口、还原气出口、催化剂层7，所述烟气进气管路2上有转向风门，烟气进气管路2在转向风门后分为两路支路分别与反应器1的烟气进口连接，所述还原气进气管路3上有流量阀与换热器8，还原气进气管路3在换热器8后分为两路支路分别与反应器1的还原气进口连接，每路支路由阀门控制开关，所述烟气出气管路4上有转向风门，烟气出气管路4在转向风门前分为两路支路分别与两个反应器1的烟气出口连接，所述还原气出气管路5上有流量阀、冷凝器9，还原气出气管路5在流量阀前分为两路支路分别与两个反应器1的还原气出口连接，每路支路由阀门控制开关，所述循环气路6的起点连接还原气出气管路5，循环气路6的终点连接还原气进气管路3，循环气路6上设置有风机10，所述的催化剂层7布置在反应器1的内部，催化剂层7为一层或两层或多层。
所述的两个转向风门与四个阀门同时联动，保证同一时刻下，烟气与还原气分别流入不同的反应器1并流出。
所述反应器1用于脱除氮氧化物，VOCs，汞，一氧化碳等多种污染气体。
所述烟气催化剂为实施例1制备的烟气催化剂。
所述烟气催化剂为颗粒状布置或成型布置，并与反应器1内壳之间设有密封装置11，使得烟气或还原气需穿过催化剂层7。
所述反应器1不限定于双塔形式，还可以采用回转式，流化床，移动床等形式。
实施例6：
如图2和图3所示，将实施例5的还原气处理的烟气多污染物同时脱除装置与检测/控制系统18连接，双反应器烟气多污染物协同治理控制方法，包括以下步骤：
S1、烟气通过烟气进气管路上的第一转向风门12与烟气出气管路上的第二转向风门13控制流经一个反应器，烟气进气管路上的第一监测器14与烟气出气管路上的第二监测器15分别监测烟气中的氮氧化物、汞和挥发性有机物的实时浓度信号，该反应器内的温度检测器与压差检测器监测反应器内的催化剂工作温度与催化剂层上下压差信号。与此同时，还原气通过进气与出气管路上的电磁阀控制流经另一个反应器，还原气进气管路上的第三监测器16与出气管路上的第四监测器17监测各自的浓度信号，反应器内的温度检测器与压差检测器监测反应器内的催化剂再生温度与催化剂层上下压差信号。在该工作状态下，通入烟气的反应器内的催化剂氧化吸附烟气中的氮氧化物、汞与挥发性有机物，通入还原气的反应器内的催化剂在还原气的作用下脱除吸附在其表面的氮氧化物、汞等污染物，进行催化剂再生。
S2、当还原气进气管路上的第三监测器16检测到还原气浓度超过设定浓度范围时，控制调节还原气进气流量阀，维持还原气浓度在设定范围内。当通入还原气的反应器内的温度检测器检测到催化剂的再生温度超过设定温度范围时，控制调节换热器功率，调节还原气的进气温度。当压差检测器检测到催化剂层的上下压差超过设定压差范围时，控制调节风机功率，维持压差稳定。当还原气出口管路上的第三监测器17检测到氮氧化物、汞与挥发性有机物中的任意一项浓度值超过设定浓度范围时，控制调节还原气进气流量阀开度与风机功率，使氮氧化物、汞与挥发性有机物的出口浓度值保持在设定浓度范围内。
S3、当烟气出气管路上的第二监测器15检测到氮氧化物、汞与挥发性有机物中的任意一项浓度值超过设定浓度范围时，说明该反应器内的催化剂吸附污染物达到饱和，控制调节烟气进气管路上的第一转向风门12、烟气出气管路上的第二转向风门13与还原气管路上的四个电磁阀同步切换工作状态，交换烟气与还原气所流经的反应器。
S4、在设备正常运行的情况下，循环执行步骤S1～S3。
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 (28)

1.一种烟气催化剂的制备方法，其特征是，将铁盐、钴盐和其他金属盐溶解于水中获得混合盐溶液；将活性碳基材料加入至混合盐溶液中，使活性碳基材料负载金属离子；将负载金属离子的活性碳基材料在惰性气氛下煅烧获得负载金属的活性碳基材料；将负载金属的活性碳基材料浸渍至碱性溶液中，将浸渍后的负载金属的活性碳基材料在惰性气氛下煅烧获得烟气催化剂，所述其他金属盐为镍盐、锰盐、铬盐、钛盐、铜盐、锌盐中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
将铁盐、钴盐和其他金属盐解于去离子水中，恒温搅拌使铁盐、钴盐和其他金属盐完全溶解后得到前驱体溶液；
将前驱体溶液中的金属离子负载到活性碳基材料上，将负载金属离子的活性碳基材料在惰性气氛下煅烧得到负载金属的活性碳基材料；
将负载金属的活性碳基材料置于碱性溶液中恒温浸渍，调节碳基材料表面的碱性官能团，然后将碳基材料取出洗涤干燥并煅烧后，得到烟气催化剂。
3.如权利要求2所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，洗涤后的干燥温度为30～110℃，干燥时间为4～24h。
4.如权利要求1所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，将碳基材料置于酸性溶液中恒温浸泡后，将碳基材料取出洗涤至中性，并干燥煅烧，得到扩孔活化后的活性碳基材料。
5.如权利要求4所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，所述酸性溶液为硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，所述酸性溶液的浓度为1～40wt.％。
7.如权利要求4所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，碳基材料在酸性溶液中浸泡的温度为20～80℃，浸泡的时间为2～24h。
8.如权利要求4所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，煅烧温度为200～800℃，煅烧时间为1～4h。
9.如权利要求1所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，负载方式为浸渍法，步骤为：将活性碳基材料浸渍于混合盐溶液中，然后干燥。
10.如权利要求9所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，浸渍的温度为20～80℃，浸渍的时间为4～24h。
11.如权利要求1所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，负载方式为水热法，步骤为：将活性碳基材料加入至混合盐溶液中，密闭后加热，加热后的物料取出后进行干燥。
12.如权利要求11所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，水热法的温度为100～300℃，压力为0.2～100MPa。
13.如权利要求1所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，所述碱性溶液为氨水、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中的一种或几种。
14.如权利要求13所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，所述碱性溶液的浓度为0.5～30wt.％。
15.如权利要求1所述的烟气催化剂的制备方法，其特征是，获得的烟气催化剂中金属的质量占烟气催化剂总质量的0.1～40％。
16.一种权利要求1～15任一所述的烟气催化剂的制备方法获得的烟气催化剂。
17.一种烟气中多种污染物协同处理装置，其特征是，包括：吸附区、还原解吸区和催化剂结构，吸附区与烟气源连接，还原解吸区与还原气体源连接；
所述催化剂结构中的催化剂为权利要求16所述的烟气催化剂；
催化剂结构在吸附区吸附烟气中的多种污染物后，转移至还原解吸区进行再生。
18.如权利要求17所述的烟气中多种污染物协同处理装置，其特征是，所述处理装置为双室结构、回转式结构或循环流化床结构。
19.如权利要求18所述的烟气中多种污染物协同处理装置，其特征是，当处理装置为双室结构时，每室均分别设置有烟气进口、烟气出口、还原气体进口和还原气体出口，每室中均填充有所述烟气催化剂。
20.如权利要求18所述的烟气中多种污染物协同处理装置，其特征是，当处理装置为回转式结构时，回转式结构的壳体划分为两个区域，分别为吸附区和还原解吸区，柱状催化剂划分为两个区域，柱状催化剂与壳体同轴设置，柱状催化剂在壳体中旋转，实现催化剂在吸附区和还原解吸区的循环。
21.如权利要求20所述的烟气中多种污染物协同处理装置，其特征是，所述吸附区内，沿烟气的流动方向，催化剂的填充厚度为0.2～1m，催化剂的填充密度为0.2～0.7g/cm3。
22.烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，包括如下步骤：
将烟气通入填充有权利要求16所述的烟气催化剂的吸附区，当吸附区流出的烟气中的氮氧化物、汞、挥发性有机物或一氧化碳的浓度高于设定值时，将所述烟气催化剂转移至还原解吸区；
向还原解吸区中通入还原气体进行还原再生，此时吸附在催化剂表面的尚未被氧化的挥发性有机物与未被还原的氮氧化物在还原气体的吹扫作用下脱附下来，当从还原解吸区流出的还原气中的氮氧化物、汞或挥发性有机物的浓度低于设定值时，将所述烟气催化剂转移至吸附区。
23.如权利要求22所述的烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，烟气在所述烟气催化剂中的停留时间为0.5～2s。
24.如权利要求22所述的烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，还原再生的温度为200～500℃。
25.如权利要求22所述的烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，所述还原气体为一氧化碳、氢气、甲烷或碳氢化合物。
26.如权利要求25所述的烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，所述还原气体的浓度为0.2～5％。
27.如权利要求22所述的烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，当吸附区流出的烟气中的氮氧化物、汞、挥发性有机物或一氧化碳的浓度高于100ppm时，将所述烟气催化剂转移至还原解吸区。
28.如权利要求22所述的烟气中多种污染物协同处理方法，其特征是，当从还原解吸区流出的还原气中的氮氧化物、汞或挥发性有机物的浓度低于100ppm时，将所述烟气催化剂转移至吸附区。
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