CN111366677A - 协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的scr催化剂性能评价装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，包括分别与仪表控制系统电控连接的第一配气系统、NH3配气系统、混气系统、温度控制系统、反应系统和分析系统，所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统沿气路从上游至下游依次设置连接，所述NH3配气系统与反应系统连接，所述温度控制系统分别与混气系统和反应系统连接。本发明可同时检测SCR催化剂的脱硝和脱除挥发性有机物性能，安全性高，温度窗口宽，流量大小可调节，各污染物组分配比选择性大，应用范围广，可靠性好，可在线检测催化剂协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂的性能。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，特别是一种协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置。
背景技术
燃煤烟气中除了常规管控的无机污染物SOx、NO、汞、粉尘外，还有一系列挥发性有机化合物(其中苯和甲苯占据了大部分)，烟气中SOx、NO和挥发性有机物具有较强的刺激性和毒性，对人体健康和生态环境带来了显著危害，因此需要及时脱除。选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术，脱硝效率高、技术完善，是火电厂低氮燃烧技术后进一步控制NO排放的首选工艺，选择性催化还原脱硝设备的工作环境处于260～420℃，且烟气各组分浓度较高。苯和甲苯催化氧化在该温度窗口也具有较高的反应性，因此与其他烟气净化设备，如静电除尘器、布袋除尘器、湿法脱硫塔等相比，具有较高的烟气温度，适宜在SCR区域进行NO、苯和甲苯的协同控制。
SCR催化剂是SCR脱硝技术的核心，催化剂活性的好坏不仅直接影响到燃煤电厂脱除NOx、苯和甲苯的效果，更影响到相关反应器设计、催化剂选型和脱硝脱除有机物整套工艺的设计，其中，活性评价装置是一种现有可直接评价催化剂性能好坏的设备，在催化剂生产、应用过程中亦作为必要和关键的设备。因此，本专利使用有限的几种标准气体(苯、甲苯、NO、N2、干空气、SO2、NH3)混合物作为气源，模拟电厂烟气成分，通过配气系统、混气系统、温度控制系统、反应系统、分析系统，可方便快捷的评价不同温度、不同体积空速、不同流量和不同比例苯、甲苯、NO、N2、干空气、SO2、NH3气体下SCR催化剂协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的性能。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，可同时检测SCR催化剂的脱硝和脱除挥发性有机物性能，安全性高，温度窗口宽，流量大小可调节，各污染物组分配比选择性大，应用范围广，可靠性好，可在线检测催化剂协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂的性能。
根据本发明的第一方面实施例，提供协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，包括分别与仪表控制系统电控连接的第一配气系统、NH3配气系统、混气系统、温度控制系统、反应系统和分析系统，所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统沿气路从上游至下游依次设置连接，所述NH3配气系统与反应系统连接，所述温度控制系统分别与混气系统和反应系统连接。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述第一配气系统包括6条配气支路，各所述配气支路包括通过管路连接依次连接气瓶、气体质量流量计和安全阀，6条配气支路中的气瓶分别装有苯标准气、甲苯标准气、NO标准气、纯N2、干空气和SO2标准气。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述混气系统包括混气罐，各配气支路直接与混气罐连接，混气罐内设有与温度控制系统连接的第一温度传感器。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述反应系统包括立式加热炉和石英管，立式加热炉内设有与温度控制系统连接的第二温度传感器，所述石英管设有能用于卡住石英棉的收缩部。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述收缩部包括镜像对称布置的两个锥管部，两个所述锥管部的小端连接。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述分析系统包括测量反应后烟气中的NO、苯和甲苯的剩余浓度的NO浓度传感器和气相色谱-火焰电离检测器，所述分析系统还包括用于显示测量数据的显示屏。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统之间通过通管连接。
根据本发明第一方面实施例所述的SCR催化剂性能评价装置，所述温度控制系统配置了的越限报警和连锁安全保护。
本发明相对于现有技术具有以下的优点和有益的技术效果：
1、采用标准气体做气源，通过调节各气路的流量即可获得不同浓度的污染物模拟烟气，配气简单，不同浓度的污染物模拟烟气只需要调整各气路的流量，操作方便，且可使用多个气源，实现不同组分、不同浓度有机物气体的配置，且NH3配气系统与反应系统连接，模拟SCR区喷NH3。
2、采用NO浓度传感器、气相色谱-火焰电离检测器(GC-FID)监测NO和有机物浓度，在催化反应进行过程中在线实时监测NO、苯和甲苯浓度变化，与传统的离线抽样检测方法相比，减少了实验误差，提高评价准确性。
3、能够研究NO浓度、苯和甲苯浓度、SO2浓度、流速、流量等因素对催化剂催化效率的影响，能够研究SCR催化反应动力学，能够实现对SCR催化剂性能的实时、高精度、客观评价。
4、通过调节不同气体的配气比例、反应温度、预热温度、气路流量等，来模拟真实烟气催化反应，从而不仅可以进行催化剂脱硝性能评价，也可以进行脱苯和甲苯性能评价，更可以同时进行催化剂协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的性能评价，有效适用于脱除一氧化氮、苯、甲苯催化剂的快速筛选评价、产品质量检测。
5、温度控制系统配置了的越限报警及连锁安全保护，如高限报警、高高限应急停止、脱机高高限自动断电等，保证了装置的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例测试的掺杂Cu的V2O5-WO3/TiO2催化剂在500ppm NO、1000ppmSO2、500ppm NH3、100ppm苯和甲苯的条件下不同温度的脱硝效率；
图3是本发明实施例测试的掺杂Co的V2O5-WO3/TiO2催化剂在500ppm NO、1000ppmSO2、500ppm NH3、100ppm苯和甲苯的条件下不同温度的脱硝效率。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，包括分别与仪表控制系统电控连接的第一配气系统、NH3配气系统、混气系统、温度控制系统、反应系统和分析系统15，所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统15沿气路从上游至下游依次设置连接，所述NH3配气系统与反应系统连接，所述温度控制系统分别与混气系统和反应系统连接。NH3配气系统包括通过管路连接依次连接NH3气瓶7、气体质量流量计8和安全阀9，NH3气瓶7内装有NH3。通过与气瓶连接的气体质量流量计8调节气路的流量，从而控制NH3的输入量。
所述第一配气系统包括6条配气支路，各所述配气支路包括通过管路连接依次连接气瓶、气体质量流量计8和安全阀9，6条配气支路中的气瓶分别装有苯标准气、甲苯标准气、NO标准气、纯N2、干空气和SO2标准气，通过与气瓶连接的气体质量流量计8调节各个气路的流量，从而模拟不同浓度的烟气工况。6条配气支路中的气瓶分别为苯标准气气瓶1、甲苯标准气气瓶2、NO标准气气瓶3、纯N2气瓶4、干空气气瓶5和SO2标准气气瓶6。
当把苯标准气气瓶1和甲苯标准气气瓶2所在的配气支路的气流量通过气体质量流量计8把流量调节为0时，该装置即可单独评价催化剂的NO脱除性能；同理，把NO标准气气瓶3和甲苯标准气气瓶2所在的配气支路的流量调节为0时，可以单独评价催化剂的苯脱除性能；把NO标准气气瓶3和苯标准气气瓶1所在的配气支路的流量调节为0时，可以单独评价催化剂的甲苯脱除性能；而同时打开NO标准气气瓶3、苯标准气气瓶1和甲苯标准气气瓶2所在配气支路中两条或三条支路，即可评价催化剂的NO和苯、NO和甲苯、甲苯和苯、NO苯和甲苯的协同脱除性能，实现装置的多功能，既可以单独评价催化剂的NO、苯和甲苯中某一种污染物的脱除性能，也可以同时评价催化剂对其中两种及以上污染物的协同脱除性能。
所述混气系统包括混气罐，各配气支路直接与混气罐10连接，混气罐10内设有与温度控制系统连接的第一温度传感器11。温度控制系统控制混气罐10烟气预热温度，温度控制系统可人为输入给定温度，通过反馈调节，使得第一温度传感器11的温度与设定温度值保持一致(误差±1℃)。温度控制系统通过负反馈调节，从而使得第一温度传感器11检测到的温度逐渐稳定为设定温度值。
所述反应系统包括立式加热炉12和石英管13，立式加热炉12内设有与温度控制系统连接的第二温度传感器14，所述石英管13设有能用于卡住石英棉的收缩部。SCR催化剂放置在石英棉上，将石英棉从石英管13一端或者两端放入到收缩部后，通过收缩部将石英棉固定，从而实现SCR催化剂的放置。温度控制系统控制立式炉SCR反应区温度，温度控制系统可人为输入给定温度，通过反馈调节，使得第二温度传感器14的温度与设定温度值保持一致(误差±1℃)。温度控制系统通过负反馈调节，从而使得第二温度传感器14检测到的温度逐渐稳定为设定温度值。
所述收缩部包括镜像对称布置的两个锥管部，两个所述锥管部的小端连接，利用锥管部在石英管13内形成台阶，便于将石英棉固定。石英棉的外形尺寸大于锥管部的小端外径。
所述分析系统15包括测量反应后烟气中的NO、苯和甲苯的剩余浓度的NO浓度传感器和气相色谱-火焰电离检测器，所述分析系统15还包括用于显示测量数据的显示屏，通过与输入的污染物初始浓度进行对比计算，从而获得催化剂协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的效率；在催化反应进行过程中在线实时监测NO、苯和甲苯浓度变化，与传统的离线抽样检测方法相比，减少了实验误差，提高评价准确性。
所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统15之间通过通管连接。
所述温度控制系统配置了的越限报警和连锁安全保护，如高限报警、高高限应急停止、脱机高高限自动断电等，保证了装置的安全性。
实施例1
本实施例利用掺杂Cu的V2O5-WO3/TiO2催化剂，对催化剂脱除NO、苯和甲苯性能进行评价测试：模拟烟气组成为，500ppm NO、1000ppm SO2、500ppm NH3、100ppm苯和甲苯，3.33％O2，N2为载气，气体流量为750mL/min，测试温度为260-420℃，具体的测试装置示意图见图1。
称取0.1克催化剂，用石英棉将催化剂固定在石英管13的收缩部。
NO、SO2、NH3、苯和甲苯、O2和N2的流量均由气体质量流量计8控制，除NH3外，其它的模拟混合气体进入混气罐10，NH3直接进入立式加热炉12，混气罐10的温度控制在120℃，立式加热炉12的温度控制在260～420℃(±1℃)。
NO转换率(％)＝[(NO)in-(NO)out]/(NO)in×100％；
苯转换率(％)＝[(苯)in-(苯)out]/(苯)in×100％；
甲苯转换率(％)＝[(甲苯)in-(甲苯)out]/(甲苯)in×100％；
(NO)in、(苯)in、(甲苯)in分别为进入测试装置的NO、苯、甲苯的浓度，(NO)out、(苯)out、(甲苯)out分别为测试装置出口位置的NO、苯、甲苯的浓度。
具体的NO、苯和甲苯转化率见图2。
实施例2
本实施例利用掺杂Co的V2O5-WO3/TiO2催化剂，对催化剂脱除NO、苯和甲苯性能进行评价测试：模拟烟气组成为，500ppm NO、1000ppm SO2、500ppm NH3、100ppm苯和甲苯，3.33％O2，N2为载气，气体流量为750mL/min，测试温度为260-420℃，具体的测试装置示意图见图1。
称取0.1克催化剂，用石英棉将催化剂固定在石英管13的收缩部。
NO、SO2、NH3、苯和甲苯、O2和N2的流量均由气体质量流量计8控制，除NH3外，其它的模拟混合气体进入混气罐10，NH3直接进入立式加热炉12，混气罐10的温度控制在120℃，立式加热炉12的温度控制在260～420℃(±1℃)。
NO转换率(％)＝[(NO)in-(NO)out]/(NO)in×100％；
苯转换率(％)＝[(苯)in-(苯)out]/(苯)in×100％；
甲苯转换率(％)＝[(甲苯)in-(甲苯)out]/(甲苯)in×100％；
(NO)in、(苯)in、(甲苯)in分别为进入测试装置的NO、苯、甲苯的浓度，(NO)out、(苯)out、(甲苯)out分别为测试装置出口位置的NO、苯、甲苯的浓度。
具体的NO、苯和甲苯转化率见图3。
以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：包括分别与仪表控制系统电控连接的第一配气系统、NH3配气系统、混气系统、温度控制系统、反应系统和分析系统，所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统沿气路从上游至下游依次设置连接，所述NH3配气系统与反应系统连接，所述温度控制系统分别与混气系统和反应系统连接。
2.根据权利要求1所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述第一配气系统包括6条配气支路，各所述配气支路包括通过管路连接依次连接气瓶、气体质量流量计和安全阀，6条配气支路中的气瓶分别装有苯标准气、甲苯标准气、NO标准气、纯N2、干空气和SO2标准气。
3.根据权利要求2所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述混气系统包括混气罐，各配气支路直接与混气罐连接，混气罐内设有与温度控制系统连接的第一温度传感器。
4.根据权利要求1所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述反应系统包括立式加热炉和石英管，立式加热炉内设有与温度控制系统连接的第二温度传感器，所述石英管设有能用于卡住石英棉的收缩部。
5.根据权利要求4所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述收缩部包括镜像对称布置的两个锥管部，两个所述锥管部的小端连接。
6.根据权利要求1所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述分析系统包括测量反应后烟气中的NO、苯和甲苯的剩余浓度的NO浓度传感器和气相色谱-火焰电离检测器，所述分析系统还包括用于显示测量数据的显示屏。
7.根据权利要求1所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述第一配气系统、混气系统、反应系统和分析系统之间通过通管连接。
8.根据权利要求1所述的协同脱除一氧化氮、苯、甲苯的SCR催化剂性能评价装置，其特征在于：所述温度控制系统配置了的越限报警和连锁安全保护。
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