CN112570044A - 一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置和方法，能以全尺寸催化剂单元体作为研究对象，能准确控制干燥焙烧条件；装载催化剂单元体的载具置于测试箱内，测试箱包括进、排气口、第一、二、三风道，容腔与第一、二、三风道连通形成三通结构，进气口与第一、二风道连通形成三通结构，在第二风道上连接加热器、循环风机，在测试箱的进气管路、出气管路上连通组分气体进气管、测试用抽气管，组分气体进气管上装组分气体流量计，测试用抽气管上连气体测试仪，第三风道上连接排气引风机，热电偶组件的热电偶分别插装于催化剂单元体的孔道内，排气引风机、进气控制阀、循环风机、加热器、热电偶、组分气体流量计、气体测试仪均连接至控制系统。

Description

一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置和方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体为一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置和方法。

背景技术

目前大部分锅炉、窑炉设备都安装了SCR脱硝装置，SCR催化剂是其核心部件，而SCR催化剂运行条件较为恶劣，运行一定的时间后会在各种因素的作用下失活，则再生是一种已经被普遍选择的处理失活催化剂的方案，得当的处理能够有效恢复催化剂的脱硝性能；再生一般采用湿法清洗手段，再生完成后的催化剂需要通过干燥焙烧工艺，从而使负载在其中的活性物质前驱体分解，以及恢复催化剂机械强度等，而干燥焙烧工艺中的温度条件、气体流动条件以及气体的组分等条件，均会对催化剂的干燥焙烧效果，进而总的再生效果，产生重要影响。

目前再生的干燥焙烧所采用的工艺在方案制定阶段只能采用微型试验或小型试验手段，即采用粉末、碎片或几十毫米尺寸的小样块进行试验，但催化剂实际尺寸一般为150mm×150mm截面，长度则为500mm至1500mm不等，微型、小型试验方法就会存在一定的缺陷，因此，对于再生催化剂干燥焙烧中试有了如下的需求：

(1)微型、小型试验无法模拟气体在蜂窝式孔道内流通的特性，而气体流动的特性，如流速、湍流或紊流的状态等，会影响传热、传质，从而影响干燥焙烧效果，则中试试验需要能够完全模拟气体在催化剂孔道内的流通，并同时测试孔道内的温度，从而得到风量对催化剂升温、降温等过程的作用效果；

(2)催化剂干燥焙烧效果在不同的气体氛围下不同，氛围的因素以氧气浓度为主，则中试试验的入口气体需要能够调整氧气的含量，从而分析氧气含量对干燥、焙烧过程中催化剂内物质分解的影响，判断再生效果；

(3)判断干燥焙烧效果需要测试气体的成分，微型、小型试验气体量较小，如需测试，抽样测试量少，容易产生大的误差，且中试试验提供的风量需要能够达到足够的流量，使误差降低到一定水平以内。

综上，目前尚未见行业内有功能完备的再生干燥及焙烧工艺中试方法及配套装置，鉴于此，开发一套能够采用全尺寸的催化剂单体作为试验对象，准确控制干燥焙烧条件，并对温度、气体组分浓度等关键参数进行测量的中试方法及配套装置，是尤为重要与必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置和方法，其采用的设备原理简单，测量和控制可靠，不仅能够以全尺寸催化剂单元体作为研究对象，且能够准确控制干燥焙烧条件，并对温度、气体组分浓度等关键参数进行测量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：其包括测试箱、热电偶组件、控制系统以及装载催化剂单元体的载具，所述载具放置于所述测试箱的容腔内，所述测试箱包括进气口、排气口、第一风道、第二风道、第三风道，所述容腔与所述第一风道、第二风道、第三风道均相连通并形成三通结构，所述进气口与所述第一风道、第二风道均相连通并形成三通结构，在所述第二风道上沿其风向顺序连接有加热器、循环风机，所述进气口端连接有进气控制阀，在所述测试箱的进气管路、出气管路上分别对应连通有组分气体进气管、测试用抽气管，所述组分气体进气管上装有组分气体流量计，所述测试用抽气管上连接有气体测试仪，所述第三风道上连接排气引风机后经所述排气口排出所述测试箱外，所述热电偶组件包括多个热电偶，且分别插装于所述催化剂单元体的孔道内，位于所述催化剂单元体上方的所述容腔内装有均流格栅，所述排气引风机、进气控制阀、循环风机、加热器、热电偶、组分气体流量计、气体测试仪均连接至所述控制系统。

其进一步特征在于：

所述热电偶组件还包括固定夹具，所述固定夹具上布置有安装孔，所述热电偶分别穿过所述安装孔后、并通过在所述安装孔内旋入蝴蝶螺栓固定于所述固定夹具上，所述固定夹具通过支架固定于所述载具上，所述固定夹具与所述催化剂单元体之间留有一定高度距离；

每个所述热电偶的伸入端上部均具有两个连续的弯折部，且分为第一弯折部、第二弯折部；

每个所述热电偶伸入端的长度均不相同，以使得置于所述催化剂单元体孔道内的所述热电偶的放置高度均不相同；

置于所述催化剂孔道内且放置高度最高的一个所述热电偶的测点与所述催化剂顶端面之间的距离为0～200mm，置于所述催化剂孔道内且放置高度最低的一个所述热电偶的测点与所述催化剂底端面之间的距离为100mm～500mm，其它的所述热电偶的测点均匀布置于位于放置高度最高与最低之间的所述催化剂孔道内；

所述载具呈开口朝上的框架结构，所述催化剂单元体自所述载具的开口端放入所述载具中，且所述催化剂单元体与所述载具之间填装有密封填料；

在所述载具的外沿设有环形凸起，且所述环形凸起与所述容腔内壁相接触，以使得所述第二风道吹入的气体仅通过所述催化剂单元体；

所述气体测试仪包括但不限于氧气测试仪、二氧化硫测试仪、二氧化碳测试仪；

一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、将全尺寸的催化剂单元体装入载具中，并在所述催化剂单元体与所述载具之间填装密封填料；

S2、根据所述催化剂单元体的具体情况调整各热电偶在固定夹具上的左右位置，且根据所述催化剂单元体高度，调整所述热电偶在所述催化剂单元体孔道内的高度位置；

S3、所述热电偶的位置调整好后，将所述固定夹具固定在所述催化剂单元体上方的所述载具上；

S4、将装有所述催化剂单元体的所述载具装入测试箱中；

S5、开启循环风机，使得空气在所述测试箱内开始循环流动；

S6、开启加热器，将流入的气体加热至所需的干燥或焙烧温度；

S7、控制系统收集得到所述热电偶在所述催化剂单元体的不同孔道不同位置处的温度，实时控制调整排气引风机、循环风机、加热器、进气控制阀，同时根据需要的干燥或焙烧的环境，通过所述控制系统控制组分气体流量计以调整进气处的组分气体进气量；

S8、通过测试用抽气管抽气，并通过气体测试仪测试得到气体中各成分气体的浓度；

S9、通过所述控制系统实时采集得到的各环节信息验证得到所述催化剂单元体干燥或焙烧过程中，所述催化剂单元体内物质分解效果，若效果不佳，继续重复步骤S7，直至分解完全。

本发明的有益效果是，其原理简单，测量和控制可靠，能够以全尺寸催化剂单元体作为研究对象，可以对流经催化剂单元体试验样的气体进行加热，能够控制气体的成分浓度，测试催化剂单元体孔道内的温度，并能够测试气体中组分气体的浓度，可控制和实现催化剂单元体干燥焙烧在实际过程中的各关键因素，研究温度、时间、环境气体成分等对催化剂单元体干燥或焙烧的影响，成为研究催化剂单元体再生工艺中的干燥焙烧工艺的有利工具，具有较好的经济使用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中催化剂单元体与载具的装配结构示意图；

图3是本发明中热电偶组件的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其包括测试箱1、热电偶组件19、控制系统(图中未示出)以及装载催化剂单元体2的载具3，通过载具3装载催化剂单元体2，可起到密封作用，载具3放置于测试箱1的容腔4内，测试箱1内设置有内循环、空气入口以及风机排气三条风路，三条风路如图1箭头所示：循环风机5引导空气在测试箱1内部流动，空气流过催化剂单元体2后，温度会有所上升，一部分空气在排气引风机6作用下排出至外界，一部分空气重新进入循环，而进入循环风机5前，有部分外部凉空气会被引入测试箱1，降低测试箱1内循环空气的温度，具体地，测试箱1包括进气口7、排气口8、第一风道9、第二风道10、第三风道11，容腔4与第一风道9、第二风道10、第三风道11均相连通并形成三通结构，进气口7与第一风道9、第二风道10均相连通并形成三通结构，在第二风道10上沿第二风道10的风向顺序连接有加热器12、循环风机5，即进气先经过加热器12后再通过循环风机5，进气口7端连接有进气控制阀13，在测试箱1的进气管路、出气管路上分别对应连通有组分气体进气管14、测试用抽气管15，组分气体进气管14上装有组分气体流量计16，该组分气体一般为氧气，也可设置其它气体，通过设置有组分气体流量计16，可控制组分气体的量；测试用抽气管15上连接有气体测试仪，也可以额外加装其它仪表，测试其它气体组分，第三风道11上连接排气引风机6后经排气口8排出测试箱1外，热电偶组件19包括3个热电偶18，且分别插装于催化剂单元体的孔道内，热电偶的个数可根据实际情况设置，位于催化剂单元体上方的容腔4内装有均流格栅20，能够使来流的空气混合均匀，避免不同位置烟气流量、温度和成分的不均匀；排气引风机6、进气控制阀13、循环风机5、加热器12、热电偶18、组分气体流量计16、气体测试仪17均连接至控制系统。

热电偶组件19还包括固定夹具21，固定夹具21上布置有安装孔22，热电偶18分别穿过安装孔22后、并通过在安装孔22内旋入蝴蝶螺栓固定于固定夹具21上，固定夹具21通过支架23固定于载具3上，载具3可以固定固定夹具21，从而保证热电偶18和催化剂单元体2的相对位置不发生变化，固定夹具21与催化剂单元体2之间留有一定高度距离；每个热电偶18可在固定夹具21上作小范围内左右调整，热电偶18也可以上下抽动，以便调整不同的高度，调整好左右相对的位置后，根据其所在的位置，向安装孔22内旋入一颗蝴蝶螺栓，将热电偶18固定；每个热电偶18的伸入端上部均具有两个连续的弯折部，且分为第一弯折部24、第二弯折部25，则热电偶18插入催化剂单元体2的孔道后，由于第一弯折部24、第二弯折部25的作用，受测试的孔道可以不被热电偶18的固定夹具21遮挡影响气体流通，从而保证催化剂单元体2孔道内温度与未插有热电偶18的孔道基本一致。

每个热电偶18伸入端的长度均不相同，以使得置于催化剂单元体2孔道内的热电偶18的放置高度均不相同；置于催化剂单元体2孔道内且放置高度最高的一个热电偶18的测点与催化剂单元体2顶端面之间的距离为0～200mm，也就是伸入端的长度最短的一个热电偶18的测点与催化剂单元体2顶端面之间的距离为0～200mm；置于催化剂单元体2孔道内且放置高度最低的一个热电偶18的测点与催化剂单元体2底端面之间的距离为100mm～500mm，也就是伸入端的长度最长的一个热电偶18的测点与催化剂单元体2底端面之间的距离为100mm～500mm；其它的热电偶18的测点均匀布置于位于放置高度最高与最低之间的催化剂单元体2孔道内。

载具3呈开口朝上的框架结构，催化剂单元体2自载具3的开口端放入载具3中，且催化剂单元体2与载具3之间填装有密封填料26；在载具3的外沿设有环形凸起27，且环形凸起27与容腔4内壁相接触，以使得第二风道10吹入的气体仅通过催化剂单元体2，起到载具3与容腔4之间的密封作用；从而实现催化剂单元体2装入载具3后，可以保证气体仅通过催化剂单元体2，不会发生泄漏。

气体测试仪17包括氧气测试仪17-1、二氧化硫测试仪17-2、二氧化碳测试仪17-3等多种气体测试仪17中的至少一种，气体测试仪17包括但不限于上述的几种测试仪。

一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试方法，其包括以下步骤：

S1、将全尺寸的催化剂单元体2装入载具3中，并在催化剂单元体2与载具3之间填装密封填料26；

S2、根据催化剂单元体2的具体情况调整各热电偶18在固定夹具21上的左右位置，且根据催化剂单元体2高度，调整热电偶18在催化剂单元体2孔道内的高度位置；

S3、热电偶18的位置调整好后，将固定夹具21固定在催化剂单元体2上方的载具3上；

S4、将装有催化剂单元体2的载具3装入测试箱1中；

S5、开启循环风机5，使得空气在测试箱1内开始循环流动；

S6、开启加热器12，将流入的气体加热至所需的干燥或焙烧温度；

S7、控制系统收集得到热电偶18在催化剂单元体2的不同孔道不同位置处的温度，实时控制调整排气引风机6、循环风机5、加热器12、进气控制阀13，同时根据需要的干燥或焙烧的环境，通过控制系统控制组分气体流量计16以调整进气处的组分气体进气量，而对于上述各仪器设备的控制调整，可根据实际情况进行相应调整；

S8、通过测试用抽气管15抽气，并通过气体测试仪17测试得到气体中各成分气体的浓度；

S9、通过控制系统实时采集得到的各环节信息验证得到催化剂单元体2干燥或焙烧过程中，催化剂单元体2内物质分解效果，若效果不佳，继续重复步骤S7，直至分解完全。

本发明原理简单，其能够以全尺寸催化剂单元体2作为研究对象，可以对流经催化剂单元体2试验样的气体进行加热，能够控制气体的成分浓度，测试催化剂单元体2孔道内的温度，并能够测试气体中组分气体的浓度，可控制和实现催化剂单元体2干燥焙烧在实际过程中的各关键因素，研究温度、时间、环境气体成分等对催化剂单元体2干燥或焙烧的影响，成为研究催化剂单元体2再生工艺中的干燥焙烧工艺的有利工具，具有较好的经济使用价值。

综上，本发明通过具体实施例进行验证说明：

实施例一

催化剂单元体2设有18×18孔，催化剂单元体2长度为800mm；

设置3个测温点，即设置有3个热电偶18，分别位于催化剂单元体2的3个孔道内，3个热电偶18测点的高度分别位于距催化剂单元体2顶端面100mm、距催化剂单元体2顶端面300mm、距催化剂单元体2顶端面500mm。

对催化剂实施焙烧工艺试验；调整循环风量，使风量达到180m³/h；通过控制空气进气量以及氧气组分气的量，将测试箱1内的氧气量维持在15％以上。

经测试，发现加热温度到达300℃时，测试箱1出口处测试到的CO₂浓度达到峰值，并在维持焙烧2h后，出口处测试的CO₂恢复至与空气相当水平，则可判断催化剂单体内物质分解完全。

实施例二

催化剂单元体2设有20×20孔，催化剂单元体2长度为900mm；

设置3个测温点，即设置有3个热电偶18，分别位于催化剂单元体2的3个孔道内，3个热电偶18测点的高度分别位于距催化剂单元体2顶端面150mm、距催化剂单元体2顶端面400mm、距催化剂单元体2顶端面650mm。

对催化剂实施焙烧工艺试验；调整循环风量，使风量达到200m³/h；通过控制空气进气量以及氧气组分气的量，将测试箱1内的氧气量维持在18％以上。

经测试，发现加热温度到达260℃时，测试箱1出口处测试到的SO₂浓度达到峰值，并在维持焙烧3h后，出口处测试的SO₂浓度测试不到，则可判断催化剂单体内物质分解完全。

则通过本发明的装置和方法可实现模拟催化剂再生中干燥和焙烧的真实流动、温度、气体成分等条件，控制和测量可靠，可以为催化剂再生的干燥焙烧工艺参数指定提供准确的参考。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：其包括测试箱、热电偶组件、控制系统以及装载催化剂单元体的载具，所述载具放置于所述测试箱的容腔内，所述测试箱包括进气口、排气口、第一风道、第二风道、第三风道，所述容腔与所述第一风道、第二风道、第三风道均相连通并形成三通结构，所述进气口与所述第一风道、第二风道均相连通并形成三通结构，在所述第二风道上沿其风向顺序连接有加热器、循环风机，所述进气口端连接有进气控制阀，在所述测试箱的进气管路、出气管路上分别对应连通有组分气体进气管、测试用抽气管，所述组分气体进气管上装有组分气体流量计，所述测试用抽气管上连接有气体测试仪，所述第三风道上连接排气引风机后经所述排气口排出所述测试箱外，所述热电偶组件包括多个热电偶，且分别插装于所述催化剂单元体的孔道内，位于所述催化剂单元体上方的所述容腔内装有均流格栅，所述排气引风机、进气控制阀、循环风机、加热器、热电偶、组分气体流量计、气体测试仪均连接至所述控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：所述热电偶组件还包括固定夹具，所述固定夹具上布置有安装孔，所述热电偶分别穿过所述安装孔后、并通过在所述安装孔内旋入蝴蝶螺栓固定于所述固定夹具上，所述固定夹具通过支架固定于所述载具上，所述固定夹具与所述催化剂单元体之间留有一定高度距离。

3.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：每个所述热电偶的伸入端上部均具有两个连续的弯折部，且分为第一弯折部、第二弯折部。

4.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：每个所述热电偶伸入端的长度均不相同，以使得置于所述催化剂单元体孔道内的所述热电偶的放置高度均不相同。

5.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：置于所述催化剂孔道内且放置高度最高的一个所述热电偶的测点与所述催化剂顶端面之间的距离为0～200mm，置于所述催化剂孔道内且放置高度最低的一个所述热电偶的测点与所述催化剂底端面之间的距离为100mm～500mm，其它的所述热电偶的测点均匀布置于位于放置高度最高与最低之间的所述催化剂孔道内。

6.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：所述载具呈开口朝上的框架结构，所述催化剂单元体自所述载具的开口端放入所述载具中，且所述催化剂单元体与所述载具之间填装有密封填料。

7.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：在所述载具的外沿设有环形凸起，且所述环形凸起与所述容腔内壁相接触，以使得所述第二风道吹入的气体仅通过所述催化剂单元体。

8.根据权利要求1所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，其特征在于：所述气体测试仪包括但不限于氧气测试仪、二氧化硫测试仪、二氧化碳测试仪。

9.一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试方法，其特征在于：其包括权利要求1～8任一所述的一种催化剂再生干燥及焙烧工艺中试装置，且所述中试方法包括以下步骤：

S1、将全尺寸的催化剂单元体装入载具中，并在所述催化剂单元体与所述载具之间填装密封填料；

S2、根据所述催化剂单元体的具体情况调整各热电偶在固定夹具上的左右位置，且根据所述催化剂单元体高度，调整所述热电偶在所述催化剂单元体孔道内的高度位置；

S3、所述热电偶的位置调整好后，将所述固定夹具固定在所述催化剂单元体上方的所述载具上；

S4、将装有所述催化剂单元体的所述载具装入测试箱中；

S5、开启循环风机，使得空气在所述测试箱内开始循环流动；

S6、开启加热器，将流入的气体加热至所需的干燥或焙烧温度；

S7、控制系统收集得到所述热电偶在所述催化剂单元体的不同孔道不同位置处的温度，实时控制调整排气引风机、循环风机、加热器、进气控制阀，同时根据需要的干燥或焙烧的环境，通过所述控制系统控制组分气体流量计以调整进气处的组分气体进气量；

S8、通过测试用抽气管抽气，并通过气体测试仪测试得到气体中各成分气体的浓度；

S9、通过所述控制系统实时采集得到的各环节信息验证得到所述催化剂单元体干燥或焙烧过程中，所述催化剂单元体内物质分解效果，若效果不佳，继续重复步骤S7，直至分解完全。

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