CN112638505A - 选择性催化还原方法和使并行烟道气处理系统的失活的scr催化剂再生的方法 - Google Patents
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Abstract
提出了一种用于使选择性催化还原系统的失活的氮氧化物分解催化剂再生的方法，所述选择性催化还原系统是作为并行烟道气处理系统之一的烟道气处理系统的组件。将所述选择性催化还原系统隔离以提供封闭系统，在所述封闭系统中使再生气体循环以使所述失活的氮氧化物分解催化剂再生。引入来自并行烟道气处理系统的脱氮的烟道气，并将其在所述封闭系统内用作再生气体。
Description
本非临时申请要求于2018年8月22日提交的美国临时专利申请序列号62/721,236的权益，所述非临时申请的全部公开内容特此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及一种用于从含氮氧化物和硫氧化物的热过程气体流中去除氮氧化物和硫氧化物以及用于使方法的失活的催化剂再生的催化方法。
背景技术
在炉或锅炉中燃烧如煤、石油、气体、木材、城市废物、工业废物、医院废物、危险废物和农业废物等燃料源会产生含有如一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、硫化合物和其它污染物等燃烧产物的热烟道气。这些其它污染物中包含微粒。微粒可以包含飞灰、灰尘、烟尘和其它细微粒物质，其可以包括磷、重金属、碱金属和碱土金属。热烟道气流中含有的氮氧化物(NOx)包含一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。硫化合物包含二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)等硫氧化物(SOx)。硫化合物是由于燃烧燃料中存在硫而产生的。
一种从燃烧过程的烟道气流中去除NOx的常用方法是选择性催化还原(SCR)方法。此方法涉及通过使NOx与氨(NH3)在催化剂床层内反应，将NOx催化还原成氮气(N2)和水(H2O)。SCR方法的主要反应如下：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
催化剂床通常包含催化活性材料，如氮氧化物分解催化剂，在本文中也称为deNOx催化剂，其可以包括金属氧化物和催化活性金属组分如钛、钨、钼、钒或已知将氮氧化物催化为分子氮和水的其它合适化合物。催化活性材料的实例是五氧化二钒(V2O5)和三氧化钨(WO3)。
在处理燃烧烟道气流中使用SCR方法的deNOx催化剂的一个问题是，随着时间的流逝，所述燃烧烟道气流会由于氨的微粒和氨与热烟道气流的硫化合物的反应产物的沉积而被污染和失活。这些产物包含例如硫酸铵和硫酸氢铵。通过使注入的氨与烟道气流中的组分反应形成的其它铵盐(如氯化铵和硝酸铵)也可以沉积在deNOx催化剂上。当deNOx催化剂由于铵盐的沉积而失活时，需要使催化剂再生以恢复其损失的活性的至少一部分。
US 8,883,106描述了一种使deNOx催化剂再生的方法。本专利提出了一种用于从热过程气体中去除氮氧化物和硫氧化物的选择性催化还原反应器系统。反应器系统具有结构特征，所述结构特征提供了用于进行其催化元素再生的在线过程。此系统包含与通过使用系统处理的热过程气体的流动并行布置的多个催化剂床区段。本专利进一步公开了一种使催化剂床区段再生的方法。再生方法包含从热过程气体的流动中分离出催化剂床区段之一，并使再生气体穿过分离的催化剂床区段，同时其它催化剂床区段同时用于从热过程气体中去除氮氧化物和硫氧化物。
EP 2 687 283描述了另一种使deNOx催化剂再生的方法。本公开示出了一种用于通过对气体流中含有的氮氧化物进行催化还原来从气体流中去除氮氧化物的气体处理系统或设施。气体处理系统包含反应器系统，所述反应器系统具有多个单独的反应器或隔室，其催化剂被结构化为使单个反应器或隔室的催化剂再生，同时在气体流的处理中使用具有催化剂的其它反应器或隔室。系统进一步包含定位在反应器系统上游的脱氯/脱硫单元，并提供对气体流进行的处理。系统还包含气体处理电路和再生电路。气体处理电路通过将气体流供应到反应器系统的催化剂模块并通过所述反应器系统的所述催化剂模块来提供气体流的脱氮，而再生电路通过使再生气体循环通过其其它催化剂模块来提供反应器系统的催化剂的一部分的再生。再生废气与进料到二氯化/脱硫处理的气体流组合。
提供用于催化剂再生的在线方法的这些现有技术烟道气催化脱氮系统的问题中的一些问题源自具有由单独的反应器或隔室构成的设备的系统。这些单独的反应器或隔室彼此分离，以允许单个反应器或隔室的再生，同时在处理烟道气流中使用剩余的反应器或隔室。这些再生方法需要复杂的结构特征，所述结构特征包含单独的反应器或隔室以及昂贵且难以使用和控制的阀和切换系统。
一直期望提供一种比现有技术系统中的许多系统更易于使用且所需成本更低的改进的催化气体处理系统。
发明内容
因此，提供了一种用于对气体流中含有的氮氧化物进行选择性催化还原以及使失活的SCR催化剂再生的方法。此方法包括提供含有氮氧化物和硫化合物的第一经处理的烟道气流和含有氮氧化物和硫化合物的第二经处理的烟道气流。将所述第一经处理的烟道气流通入到具有上游入口和下游出口并且包含第一SCR催化剂的第一SCR系统，其中，在存在氨的情况下使所述第一经处理的烟道气流与所述第一SCR催化剂接触持续足以提供通过硫化合物失活的失活的第一SCR催化剂的时间。在此时间期间，所述第一SCR系统产生第一脱氮的烟道气流以排出到烟囱中。所述第二经处理的烟道气流通入第二SCR系统，所述第二SCR系统包含第二SCR催化剂，从所述第二SCR系统中产生第二脱氮的烟道气流以便排出。一旦提供了所述失活的第一SCR催化剂，就通过隔离所述第一SCR系统由此提供封闭系统来中断所述第一经处理的烟道气流通入所述第一SCR系统。然后以引入速率将所述第二脱氮的烟道气流的一部分引入到所述封闭系统中作为再生气体，所述再生气体用于使第一SCR催化剂再生并产生含SOx和氨的再生流出气体。使所述再生流出气体的全部或部分以循环速率从所述下游出口循环到所述上游入口。以去除速率从所述封闭系统中去除所述再生流出气体的至少一部分，并将其引入到并行烟道气处理系统，所述并行烟道气处理系统包含第二酸性气体去除单元、第二微粒去除单元和所述第二SCR系统，其中所述并行烟道气处理系统提供用于去除所述第一SCR系统的所述再生流出气体中含有的SOx和氨的至少一部分。
附图说明
附图是展示本发明方法的实施例的示意流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于通过使用并行烟道气处理管线或系统来处理燃烧烟道气的方法。通过使燃料源在单独的炉或锅炉内燃烧来产生每种燃烧烟道气流。这些燃烧烟道气流通过其相应烟道气处理管线到达一个或多个烟道气烟囱，以排放到外部大气中。由炉或锅炉中的每个炉或锅炉产生的典型的烟道气流含有在将烟道气流释放到大气中之前需要进行还原的氮氧化物、硫氧化物和微粒。
本发明方法的并行烟道气处理管线中的每个并行烟道气处理管线均包含若干种不同类型的处理单元，所述处理单元集成在一起以去除其烟道气流中含有的不同污染物。处理单元中可以包含用于从烟道气流中去除如氧化硫(SO2和SO3)和HCl等酸性气体以提供脱硫的烟道气流的酸性气体去除单元，以及用于从烟道气流中去除微粒的微粒去除单元以提供净化气体流。每种烟道气流的这些处理一起提供了被进料到SCR系统的经处理的烟道气流。酸性气体去除步骤和微粒去除步骤的施加顺序取决于由酸性气体去除单元提供的脱硫处理的类型，和可以包含酸性气体去除然后是微粒去除，或者可替代地，微粒去除然后是酸性气体去除，以提供用于引入到SCR系统中的经处理的烟道气流。
方法的并行烟道气处理管线中的每个并行烟道气处理管线分别提供经处理的烟道气流，所述烟道气流被通入到SCR系统进行处理以去除氮氧化物。在并行烟道气处理系统中包含提供第一经处理的烟道气流的第一烟道气处理管线和提供第二经处理的烟道气流的第二烟道气处理管线。经处理的烟道气流是经过处理的，从这个意义上来讲，其经历处理以去除硫化合物和微粒材料。还可以通过对SCR系统上游每个锅炉内的燃烧烟道气中含有的氮氧化物进行选择性非催化还原来对所述烟道气流进行处理。
第一经处理的烟道气流和第二经处理的烟道气流两者均含有通过使燃料源分别在第一烟道气处理管线或系统的第一炉或锅炉以及并行烟道气处理管线或系统的第二炉或锅炉内燃烧形成的氮氧化物。因此，这些经处理的烟道气流包括氮氧化物，如N2O、NO、NO2及其任何组合，以及未去除的硫氧化物和微粒。
第一经处理的烟道气流通入作为方法的第一烟道气处理系统的一部分的第一选择性催化还原(SCR)系统。第一SCR系统提供用于从第一经处理的烟道气流中去除氮氧化物。通过使NOx与注入的氨或尿素在第一SCR系统内含有的第一SCR催化剂床或deNOx催化剂床内反应，来将NOx催化还原成N2和水。
第二经处理的烟道气流分别通入作为方法的并行或第二烟道气处理系统的一部分的第二选择性催化还原(SCR)系统。第二SCR系统提供用于从第二经处理的烟道气流中去除氮氧化物。通过使NOx与注入的氨或尿素在第二SCR系统内含有的第二SCR催化剂床或deNOx催化剂床内反应，也来将NOx催化还原成N2和水。
在每个SCR系统上游完成由方法系统的锅炉中的每个锅炉产生的燃烧烟道气中含有的氮氧化物的选择性非催化还原。此处理包含在锅炉内热烟道气温度范围为760℃(1400°F)到1090℃(1994°F)的位置处将氨或尿素引入到锅炉中。在这些温度下，尿素分解为氨并且氮氧化物与氨和氧反应形成分子氮和水。选择性非催化还原的效率通常较低，和可以处于热烟道气中含有的氮氧化物的转化率的5％到50％的范围内。
无论从锅炉排出的热烟道气流是通过选择性非催化还原处理还是没有通过选择性非催化还原处理，热烟道气流中的每种热烟道气流均含有一定浓度的包含氮氧化物、硫化合物和其它污染物的燃烧产物。第一热烟道气流和第二热烟道气流中的每个热烟道气流中的氮氧化物的浓度可以处于50ppmw到5,000ppmw的范围内。然而，更通常地，氮氧化物的浓度处于75ppmw到500ppmw的范围内。每个热烟道气流进一步可以具有处于10ppmw到2,000ppmw，或更通常35ppmw到350ppmw的范围内的硫化合物浓度。在标准压力和温度条件下，第一热烟道气流和第二热烟道气流中的每个热烟道气流含有的微粒材料的量通常的范围为相应烟道气流的0mg/m3到30,000mg/m3，但是更通常地为5,000mg/m3到20,000mg/m3。
在第一烟道气处理管线中，包括至少一种酸性气体组分(如二氧化硫和三氧化硫(SO2和SO3))的第一热烟道气流从第一炉或锅炉穿过和通入到处理第一烟道气流以去除其酸性气体组分至少一部分的第一酸性气体去除单元或系统。因此，方法的第一酸性气体去除单元提供了从第一烟道气流中去除第一烟道气流中含有的酸性气体组分至少一部分的装置或方法。
本领域技术人员已知的任何合适的酸性气体去除系统可以用于完成从第一烟道气流中去除酸性气体组分。用于从烟道气流中去除酸性气体，特别是二氧化硫和三氧化硫以及其它酸性气体组分(如氯化氢)的常用方法是通过湿式洗涤和干式方法或半干式方法。这些方法使用干燥的碱性吸附剂或碱性吸附剂的溶液或固体碱性吸附剂的浆液，以从烟道气流中去除二氧化硫、三氧化硫和其它酸性气体组分。处理浆液或溶液的合适的碱性吸附剂可以选自由以下组成的碱性吸附剂组：碳酸钙(CaCO3，石灰石)、氢氧化钙(Ca(OH)2熟石灰)、氢氧化镁(Mg(OH)2)和苛性钠(NaOH)。
在用于去除酸性气体的湿式洗涤和半干式处理方法中，在合适的条件下使烟道气流与碱性吸附剂的浆液或溶液接触，以从烟道气流中去除硫。通常，方法使用限定接触区域的容器，在所述接触区域内，吸附剂浆液或溶液的喷射与引入到容器的接触区域中的烟道气流的流动同时发生、逆流发生或交叉发生。烟道气流中的硫与碱性吸附剂反应，这去除了烟道气流中的硫含量中的至少一部分，以产生脱硫的烟道气流。
从烟道气流中去除酸性气体的另一种合适的方法包含所谓的干式方法。在本发明的合适的干式处理方法中，使呈粉末形式的碱性材料如碳酸氢钠(NaHCO3)在由容器或任何其它合适的接触装置限定的接触区内与烟道气流接触。烟道气流中的酸性气体在容器的接触区内与碱性材料反应，以形成从接触区中去除的固体盐。
通过酸性气体去除单元去除的烟道气流中含有的SO2量可以处于烟道气流中含有的SO2的最高85％或者最高95％或者甚至最高95％或99％的范围内。通常，从烟道气流中去除的SO2的量可以处于10％到80％的范围内，和更通常地，SO2去除处于30％到75％的范围内。
虽然湿式酸性气体去除系统要求将微粒去除系统放置在单元的上游，但半干式系统和干式系统不需要将微粒去除系统放置在上游，但是要将其安装在酸性气体去除单元的下游。在任一种情况下，第一烟道气流通入第一微粒去除单元或系统，以用于去除第一烟道气流中含有的微粒材料的至少一部分。第一微粒去除单元是过滤装置，所述过滤装置提供了用于从第一烟道气流中去除微粒以产生通入第一SCR系统的第一经处理的烟道气流的装置和方法。SCR系统安装在微粒去除单元和酸性气体去除单元两者下游。
使用本领域技术人员已知的任何合适微粒去除系统来完成从烟道气流中去除微粒材料。因此，通过任何合适的微粒去除装置或方法去除微粒材料。然而，典型的系统包含静电除尘器和袋式除尘器过滤系统。静电除尘器通过施加静电力从烟道气流中去除微粒，以分离烟道气流中含有的微粒。袋式除尘器过滤系统使用织造或毡制织物材料作为过滤介质去除微粒。
烟道气流中含有的微粒的主要大小范围为0.5微米(μM)到300微米(μM)，其中所述微粒具有大于70wt.％的微粒，和更具体地70wt.％到98wt.％的微粒，粒径范围为0.5μM到300μM。袋式除尘器过滤系统可以去除最大或大于99％的烟道气流中含有的微粒，以提供烟道气处理方法中经处理的烟道气流。通常，从烟道气流中去除的微粒百分比处于微粒的80％到99.9％的范围内，以提供准备好通过选择性催化还原(SCR)系统进行处理的经处理的烟道气流。
方法的每个SCR系统的SCR催化剂可以是本领域技术人员已知的任何deNOx催化剂或催化剂系统，其通过氮氧化物化合物与氨的反应来将烟道气流中含有的氮氧化物化合物催化还原成分子氮和水。第一SCR系统和第二SCR系统分别包含第一SCR催化剂和第二SCR催化剂，各自选自具有任何合适的结构形式或形状的各种deNOx催化剂组合物。
对于方法的SCR系统中的每个SCR系统，SCR催化剂或deNOx催化剂可以包括通常包含氧化钛或氧化钒作为载体的基底金属催化剂。载体可以进一步包含另一种金属氧化物。载体还可以具有任何合适的形状或结构，如蜂窝状结构或陶瓷金属或泡沫结构或者其是附聚物，如挤出物、丸剂和球。deNOx催化剂可以进一步包括一种或多种选自由钒、钨和钼组成的金属组的活性金属组分。其它deNOx催化剂组合物可以是通常在高温应用中使用的基于沸石的，和deNOx催化剂组合物可以是低温应用中使用的贵金属催化剂。
美国专利6,419,889公开了用作本发明方法的SCR催化剂的合适的deNOx催化剂组合物。此专利通过引用并入本文。所述专利描述了浸渍有一种或多种活性deNOx金属(如钒、钼和钨)的二氧化钛挤出物微粒，其可以合适地用作本发明的SCR催化剂。
用作本发明方法的SCR催化剂的合适的陶瓷或金属泡沫deNOx催化剂的实例包含WO2017/112615中描述的催化剂。此公开通过引用并入本文。通过用陶瓷材料的水性浆液填充泡沫聚合物的孔并干燥和煅烧湿泡沫以使聚合物汽化或燃烧来制备陶瓷泡沫。金属泡沫是通过将镍或铁泡沫转换为高温合金的粉末冶金方法制成的。如本文所描述的，将合适的活性deNOx金属掺入到陶瓷或金属泡沫中。
美国专利8,758,711给出了合适的蜂窝结构和deNOx催化剂组合物的实例。此专利通过引用并入本文。这些催化剂包括具有蜂窝状结构的载体，所述蜂窝状结构具有多个提供反应流动路径的通孔。载体可以进一步包括选自由Si、B、P、Zr和W组成的组的一种或多种元素的氧化合物。掺入到蜂窝状结构载体中的是选自由V2O5、WO3和MoO3组成的组的活性deNOx金属。
第一SCR系统是可以集成到方法的第一烟道气处理系统中并且能够如本文所描述地起作用的任何系统。第一SCR系统接收从第一微粒去除单元穿过的包括氮氧化物和硫化合物的第一经处理的烟道气流。第一SCR系统提供了用于从第一经处理的烟道气流中去除氮氧化物以产生优选地被排出到烟囱中的第一脱氮的烟道气流的装置和方法。
并行烟道气处理管线或系统是类似于第一烟道气处理系统的集成系统。除了其炉或锅炉之外，其组件包含第二气体去除单元、第二微粒去除单元和第二SCR系统。第二SCR系统提供了用于从第二经处理的烟道气流中去除氮氧化物以产生优选地被排出到烟囱中的第二脱氮的烟道气流的装置和方法。
第一SCR系统具有用于接收第一经处理的烟道气流的上游入口和用于排出第一脱氮的烟道气流的下游出口。如上文所描述的，第一SCR系统限定了含有deNOx催化剂的接触区。将氨或尿素引入到第一经处理的烟道气流中并与所述第一经处理的烟道气流混合，所述第一经处理的烟道气流通入并引入到第一SCR系统的接触区中，在所述接触区中，所述第一经处理的烟道气流在氮氧化物还原(即，deNOx)反应条件下与第一SCR催化剂接触，从而提供将第一经处理的烟道气流中的氮氧化物催化还原成氮和水。
合适的deNOx反应条件包含：范围为-10kPa(表压)到2000kPa(表压)的反应压力，以及范围为130℃到450℃的反应或接触温度。在SCR系统的正常操作中，用于去除或还原经处理的烟道气流中含有的NOx时，空速的范围为3,000小时-1到100,000小时-1，更通常地为3,000小时-1到50,000小时-1，和最通常地为5,000小时-1到20,000小时-1。
通过将第一经处理的烟道气流通入到第一SCR系统并通过上游入口将其引入到第一SCR系统的接触区中来操作第一SCR系统。从第一SCR系统通过第一SCR系统的下游出口产生与第一经处理的烟道气流相比具有降低的氮氧化物浓度的第一脱氮的烟道气流，和将其排到烟囱中和排出到大气。在足以提供失活的第一SCR催化剂的连续时间段内，使第一经处理的烟道气流与第一SCR催化剂接触。按上文所述机制，通过硫化合物使第一SCR催化剂失活。
使第一SCR催化剂失活的典型的接触时间处于1到16,000小时的范围内，更通常地，接触时间处于200到8,000小时的范围内。这些失活时间是用于处理第一经处理的烟道气流所需的典型的空速。
一旦第一SCR催化剂变得失活到不再从第一经处理的烟道气流中将氮氧化物去除到可接受或期望的水平的水平，则停止将第一经处理的烟道气流通入到第一管线，和中断烟道气到SCR系统的流动。进一步地，第一SCR系统被隔离以提供封闭系统。然后，隔离的第一SCR系统的失活的第一SCR催化剂经历再生。
通过本领域技术人员已知的任何合适的装置或方法隔离第一SCR系统。优选地，这是通过以下来完成的：阻断在第一SCR系统的上游入口与第一烟道气处理系统的其它处理单元之间提供气体连通的导管中的气体流动以及阻断在第一SCR系统的下游出口与第一烟道气处理系统的烟囱之间提供气体连通的导管中的气体流动。上游阻尼器或阀装置提供用于阻断或停止第一经处理的烟道气流流动到第一SCR系统，和下游阻尼器或阀装置提供用于阻断或停止第一脱氮的气体流从第一SCR系统流动到烟囱或大气。
为了使失活的第一SCR催化剂再生，封闭系统首先填充有从并行烟道气处理系统取得的再生气体。以引入速率将第二脱氮的烟道气流的一部分引入到第一烟道气处理系统的封闭系统中。使引入的第二脱氮的烟道气作为再生气体以循环速率循环通过封闭系统，并通过失活的第一SCR催化剂，以使失活的第一SCR催化剂进行再生，并产生含有SOx和氨的再生流出气体。SOx和氨是由失活的第一SCR催化剂通过再生驱动的再生产物。
由于多种原因，本发明的再生方法特别有用。当存在并行烟道气处理管线时，方法允许其中一条管线在关闭时进行再生，因为可以从另一在操作中的并行管线提供经处理的烟气作为进料进行再生。可以将再生流出气体排放到另一在操作中的并行管线的烟道气处理系统上游。用于使失活的第一SCR催化剂再生的本发明方法的另一个优点在于其提供了一种节能的再生方法，所述方法比替代性再生方法所需的能源使用更少。
在再生方法中，使失活的第一SCR催化剂再生所需的再生气体的温度高于充入到封闭系统的第二SCR系统的第二脱氮的烟道气流的温度。但是，由于再生气体在封闭系统内进行循环，因此需要最小量的增量热量输入来维持循环气体的再生温度。所需的增量热量输入接近将引入到封闭系统中的第二脱氮的烟道气流的一部分的温度升高到封闭系统内循环再生气体的温度并补偿热量损失所需的增量热量输入。
在本发明再生方法的优选实施例中，将第二脱氮的烟道气流的一部分连续地引入或进料到封闭系统中作为再生气体。通过其上游入口将此再生气体引入到第一SCR系统中，并使其通过失活的第一SCR催化剂以提供其再生。包括SOx和氨的再生产物的再生流出气体通过其下游出口从第一SCR系统穿过，并以循环速率从下游出口循环到上游入口通过封闭系统。
为了从循环的再生流出气体中去除再生产物，以足以从封闭系统的循环的再生流出气体中连续去除再生产物的去除速率从封闭系统中去除再生流出气体的一部分。抽出的再生流出气体从封闭系统穿过，和将其引入到并行烟道气处理系统中。上文描述了此并行烟道气处理系统。并行烟道气处理系统中的每个并行烟道气处理系统的第二酸性气体去除单元、第二微粒去除单元和第二SCR系统提供对由相关联的锅炉供应的第二烟道气流的处理，以产生作为引入到封闭系统中的一部分的第二脱氮的烟道气流。因此，优选通过并行烟道气处理系统处理所抽出的再生流出气体，以去除所抽出的再生流出气体中含有的SOx和氨的至少一部分。
优选的是，通过流量控制来控制连续引入或进料到封闭系统中的第二脱氮的烟道气流的量，并且还通过流量控制来控制循环再生流出气体的去除速率，条件是去除速率足以连续去除再生产物，但去除速率又不会太高超过酸性气体去除单元或并行烟道气处理系统所进料的其它组分的容量。但是，可以使用任何合适的装置或方法来控制第二脱氮的烟道气流到封闭系统的进料或引入速率，并控制来自封闭系统的再生流出气体的去除速率。
如前所提及的，循环的再生流出气体的再生温度维持处于高于引入到封闭系统中的第二脱氮的烟道气流的温度的温度。再生温度必须高于220℃，和通常处于220℃到500℃，优选地处于275℃到400℃的范围内。通常通过与热源进行直接或间接热量交换将热能引入到循环的再生气体中，以维持或控制再生温度。
与其它再生方法所需的再生气体量相比，本发明方法提供了少量的第二脱氮的烟道气，所述第二脱氮的烟道气通过失活的第一SCR催化剂以恢复催化活性。为了提高空速并提高本发明再生方法的再生效率，应用使再生气体的部分或全部通过失活的第一SCR催化剂的再循环，而不是应用将新鲜的经处理的烟道气用作单程(once-through)或单程(single-pass)再生气体的常规方法。与单程再生相比，需要通过失活的第一SCR催化剂的第二脱氮的烟道气的小体积流量和再生气体的再循环的组合降低了能量需求。
因此，循环的再生流出气体通过第一SCR系统的空速应小于经处理的烟道气流在使用第一SCR系统进行deNOx处理期间的典型的空速。因此，循环的再生流出气体的再生空速应小于3,000小时-1，和优选地小于2,500小时-1，和甚至小于2,000小时-1。因此，再生空速通常在10小时-1到3,000小时-1或10小时-1到2,500小时-1或2,000小时-1的范围内。封闭系统内的再生压力可以处于-10kPa到2,000kPa的范围内。
使再生气体循环通过封闭系统持续足够的循环时间以通过恢复其降低的活性的至少一部分来使失活的第一SCR催化剂再生。循环时间可以处于10小时到240小时的范围内。更通常地，循环时间处于20小时到100小时的范围内。
一旦失活的第一SCR催化剂恢复了足够的活性，通过中断将第二脱氮的烟道气引入到封闭系统中并从封闭系统中去除再生流出气体来停止再生。然后，重新打开封闭系统，和将第一经处理的烟道气流再次通入到SCR系统以进行处理，以去除氮氧化物，产生第一脱氮的烟道气流。
附图呈现了示出本发明处理系统10的实施例的方法流程图。方法系统10包含并行燃料气体处理管线或系统，每个并行燃料气体处理管线或系统处理(treat)和处理(process)由单独的炉或锅炉产生的燃烧燃料气体流。这些并行燃料气体处理管线包含第一烟道气处理系统12和并行或第二烟道气处理系统14。
第一烟道气处理系统12提供用于对由第一炉或锅炉16产生的燃烧烟道气的处理，和并行烟道气处理系统14提供用于对由第二炉或锅炉20产生的燃烧烟道气的处理。第一烟道气处理系统12包含第一酸性气体去除单元18、第一微粒去除单元24和第一SCR系统26。并行烟道气处理系统14包含第二酸性气体去除单元28、第二微粒去除单元30和第二SCR系统32。并行烟道气处理管线中的每个并行烟道气处理管线都提供用于对分别产生的燃烧烟道气流的处理(processing)和处理(treating)，以在将所得经处理的烟道气流或脱氮的烟道气流释放到大气中之前从其中去除氮氧化物、硫氧化物和微粒。
第一炉16限定燃烧区36和传热区38，并提供用于燃烧(burning)或燃烧(combusting)燃料源的装置。燃料源通过管线40引入到燃烧区36中，和燃烧空气通过管线42引入。燃烧产生热的第一烟道气流，所述第一烟道气流被排出并通过管线44从炉16穿过。第一烟道气流包含氮氧化物、硫氧化物和微粒。
可以通过在炉16内施加选择性非催化还原反应，在炉16中处理燃烧烟道气以去除氮氧化物。为此，将氨或尿素通过管线48引入燃烧区36或传热区38的热烟道气温度处于760℃到1,000℃范围内的位置处。
将穿过管线44的第一烟道气流引入到第一酸性气体去除单元18。在本发明方法的此实施例中，第一酸性气体去除单元18首先处理热的第一烟道气流以产生第一脱硫的烟道气流，然后对其进一步处理以从第一脱硫的烟道气流中去除微粒。在本发明方法的替代性实施例中，烟道气处理的顺序相反，首先通过微粒去除单元处理热的第一烟道气流以去除微粒并提供通过酸性气体去除单元处理的净化气体流以提供第一脱硫的烟道气流或第一经处理的烟道气流。在当前实施例中，第一酸性气体去除单元18是本领域已知的干式或半干式酸性气体去除系统的类型，其可以使用干燥或浆液形式的吸附剂注入。此类型的处理系统的应用产生了第一脱硫的气体流，其中除了可以通过从碱性吸附剂浆液中蒸发而引入的水分之外，烟道气中没有或有很少的水分增加。在替代性实施例中，酸性气体去除单元的类型是湿式洗涤器，其产生从酸性气体去除单元在其露点处穿过的饱和的脱硫的烟道气流。
第一酸性气体去除单元18限定第一酸性气体去除区52，在所述第一酸性气体去除区中，使第一烟道气流与碱性吸附剂的浆液或干粉接触。第一酸性气体去除单元18提供用于使通过管线54引入到第一酸性气体去除区52中的碱性吸附剂的浆液或干粉与管线44的包括酸性气体的第一烟道气流接触的装置。碱性吸附剂与酸性气体的反应产物通过管线56从第一酸性气体去除单元18穿过，以进行进一步处理或处置。可以将未被第一酸性气体去除单元18回收的反应产物中的一部分与第一脱硫的气体流一起通入到第一微粒去除单元24。
通过第一酸性气体去除单元18对第一烟道气流进行的处理产生了第一脱硫的烟道气流，所述第一脱硫的烟道气流通过管线58从第一酸性气体去除单元18穿过，并被引入到由第一微粒去除单元24限定的第一微粒去除区60中。第一微粒去除单元24提供了用于从第一脱硫的烟道气流中去除包含来自第一酸性气体去除单元18的反应产物的微粒以产生具有降低的微粒浓度的第一经处理的烟道气流的装置。来自酸性气体去除单元18的去除的微粒反应产物通过管线62从第一微粒去除单元24穿过。
第一经处理的烟道气流通过导管64从第一微粒去除单元24穿过，其中氨通过管线68被引入到所述导管中，以便在将混合物通入到第一SCR系统26之前与经处理的烟道气流混合。第一SCR系统26提供了用于将经处理的烟道气流中含有的氮氧化物催化还原成分子氮和水的装置。
第一SCR系统26包含限定包含第一deNOx催化剂72的第一接触区70的结构。第一deNOx催化剂72可以含在模块内，所述模块与第一SCR系统26的其它结构元件直接组合或提供用于第一经处理的烟道气流穿过第一deNOx催化剂72的流动，并提供第一经处理的烟道气流与第一deNOx催化剂72的接触。
第一SCR系统26具有上游入口74和下游出口76，所述上游入口用于接收如包括氮氧化物化合物的经处理的烟道气流等进料气体，所述下游出口用于从第一SCR系统26排出并产生第一经处理的过程流，如第一处理后的经处理的烟道气流或第一脱氮的烟道气流。
将第一经处理的烟道气流引入到第一接触区70中，在所述第一接触区中，所述第一经处理的烟道气流在合适的deNOx反应条件下与第一deNOx催化剂72接触，以产生第一脱氮的烟道气流。第一脱氮的烟道气流通过导管78从第一接触区70到达烟囱84。
使第一经处理的烟道气与第一deNOx催化剂72继续穿过并接触足够的接触时间，以提供通过硫化合物失活的失活的第一SCR催化剂72。一旦第一deNOx催化剂72充分失活，就停止向第一SCR系统26充入第一经处理的烟道气流，并隔离第一SCR系统26以提供隔离或封闭系统86。
为了隔离第一SCR系统26，将上游阻尼器或阀装置88插置到位于第一微粒去除单元24的出口与第一SCR系统26的上游入口74之间的位置处的导管64中，和将下游阻尼器或阀装置90插置到位于第一SCR系统26的下游出口76与烟囱84之间的位置处的导管78中。上游阻尼器88和下游阻尼器90两者都关闭，以阻断进出第一SCR系统26的气体流动连通，并提供封闭系统86。循环管线94提供从下游出口76到上游入口74的流体连通，以允许封闭系统86内的循环流动。
旁路管线98提供第一经处理的烟道气流从第一微粒去除单元24穿过以便绕过第一SCR系统26和封闭系统86的流动。旁路管线98提供从位于第一微粒去除单元24的出口与上游阻尼器88的入口之间的位置处的导管64到位于下游阻尼器90的出口与烟囱84之间的位置处的导管78的气体流动连通。当通过关闭上游阻尼器88和下游阻尼器90两者来隔离第一SCR系统26时，第一经处理的烟道气流从第一微粒去除单元24穿过并且通过管线98绕过第一SCR系统26和封闭系统86到达导管78和烟囱84。
失活的第一SCR催化剂72的再生包含用从并行气体处理系统14的第二SCR系统32产生的第二脱氮的烟道气流的一部分填充封闭系统86。将引入到封闭系统86中的第二脱氮的烟道气流的一部分用作用于使失活的第一deNOx催化剂72再生的再生气体。
第二SCR系统32以与第一SCR系统26处理第一经处理的烟道气流相同的方式处理(treats)和处理(processes)第二经处理的烟道气流，和第二SCR系统32产生第二脱氮的烟道气流。第二脱氮的烟道气流通过管线104从第二接触区102穿过，以排出到大气中。第二脱氮的烟道气的排出物可以任选地进入到烟囱84或进入到单独的烟囱(未示出)中。通过使第二脱氮的烟道气流的一部分从管线104穿过管线106并将其引入封闭系统86的管线94中，将第二脱氮的烟道气流供应给封闭系统86。
并行气体处理系统14的第二经处理的烟道气流是由炉20产生并通过管线108从炉20穿过的第二烟道气流，和已经由第二酸性气体去除单元28和第二微粒去除单元30以任何顺序进行了处理(processed)和处理(treated)。在此实施例中，第二经处理的烟道气流通过管线100从微粒去除单元30穿过并被充入到第二SCR系统32。
插置在管线106内的控制阀110提供用于控制将第二脱氮的烟道气流引入到封闭系统86的速率的装置。引入到封闭系统86的循环管线94的第二脱氮的烟道气的流速由流量传感器和发射器装置112测量的。流量发射器装置112将信号114提供给流量控制器112，所述信号代表第二脱氮的烟道气穿过管线106的流速。流量控制器112将此经测量的流速与期望的流速进行比较，由此提供流速差。流量控制器116响应于流速差而调整控制阀110，以维持第二脱氮的烟道气以期望的流速穿过管线106并被引入到封闭系统86的循环管线94的流速。
再生气体以循环速率循环通过封闭系统86的循环管线94，并通过失活的第一SCR催化剂72以提供其再生并产生含有SOx和氨的再生流出气体。再生流出气体通过下游出口76从第一SCR系统26穿过，和通过循环管线94循环穿过封闭系统86。
为了连续去除循环再生流出气体中含有的再生产物，通过管线120从循环再生流出气体中去除排出流或滑流，并使其通过并将其引入到并行气体处理系统12的管线108中，在所述管线中，其与通入第二酸性气体去除单元28的第二烟道气流组合。将第二脱氮的烟道气通过管线106连续引入到封闭系统86的管线94中作为再生气体，同时通过管线120同时从封闭系统86中去除循环再生流出气体的等效排出流。
一旦失活的第一SCR催化剂72恢复了足够的活性，通过中断将第二脱氮的烟道气流通过管线106引入到封闭系统86中以及通过中断通过管线120从封闭系统86中去除再生流出气体来停止再生。然后通过以下重新打开封闭系统86：打开上游阻尼器88和下游阻尼器90两者，停止使第一经处理的烟道气流围绕第一SCR系统26通过旁路管线98绕过，并恢复第一经处理的烟道气流通入第一SCR系统26以进行处理，以去除氮氧化物，从而产生通过管线78从第一SCR系统26到达烟囱84的第一脱氮的烟道气流。
在通过上述方法使失活的第一SCR催化剂72再生并且第一烟道气处理系统12的操作恢复到正常操作之后，可以应用类似的再生方法来使第二SCR系统32的已经失活的第二SCR催化剂130再生。然后，此后可以重复失活的第一SCR催化剂72的再生。
Claims (14)
1.一种用于对气体流中含有的氮氧化物进行选择性催化还原并使失活的SCR催化剂再生的方法，其中所述方法包括：
提供含有氮氧化物和硫化合物的第一经处理的烟道气流和含有氮氧化物和硫化合物的第二经处理的烟道气流；
将所述第一经处理的烟道气流通入到具有上游入口和下游出口的包含第一SCR催化剂的第一SCR系统，和在存在氨的情况下使所述第一经处理的烟道气流与所述第一SCR催化剂接触持续足以提供通过硫化合物失活的失活的第一SCR催化剂的时间，并从所述第一SCR系统产生第一脱氮的烟道气流以排出到烟囱中；
将所述第二经处理的烟道气流通入到包含第二SCR催化剂的第二SCR系统，并从所述第二SCR系统产生第二脱氮的烟道气流以便排出；
通过隔离所述第一SCR系统中断所述将所述第一经处理的烟道气流通入到所述第一SCR系统的步骤以提供封闭系统；
以引入速率将所述第二脱氮的烟道气流的一部分引入到所述封闭系统中作为再生气体，所述再生气体用于使所述第一SCR催化剂再生并产生含有SOx和氨的再生流出气体，并使所述再生流出气体的全部或部分以循环速率从所述下游出口循环到所述上游入口；和
以去除速率从所述封闭系统中去除所述再生流出气体的一部分，并将所述再生流出气体的所述部分引入到并行烟道气处理系统中，所述并行烟道气处理系统包含第二酸性气体去除单元、第二微粒去除单元和所述第二SCR系统，其中所述并行烟道气处理系统提供用于去除所述第一SCR系统的所述再生流出气体中含有的SOx和氨的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
使可燃材料在烟道气处理系统的第一炉组件内燃烧，并由其产生第一烟道气流，所述第一烟道气流包括氮氧化物、酸性气体组分和微粒；
通过第一酸性气体去除单元处理所述第一烟道气流以从所述第一烟道气流中去除所述酸性气体组分的一部分并产生第一脱硫的烟道气流；和
通过第一微粒去除单元从所述第一烟道气流或所述第一脱硫的烟道气流中去除微粒，以产生所述第一经处理的烟道气流。
3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：
通过将氨或尿素或两者引入到所述第一炉中以诱导所述氮氧化物的选择性非催化还原来去除所述第一烟道气流中的所述氮氧化物的一部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：
将热能引入到所述封闭系统的所述再生流出气体中，由此控制所述再生气体的再生温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：
测量所述系统压力并将所述系统压力与期望的系统压力进行比较以提供系统压力差；和
响应于所述系统压力差而调整所述第二脱氮的烟道气流的引入到所述封闭系统中的所述部分，以将所述系统压力维持处于所述期望的系统压力。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
测量所述再生流出气体的所述部分的所述去除速率以提供经测量的去除速率，和将所述经测量的去除速率与期望的去除速率进行比较以提供去除速率差；和
响应于所述去除速率差而调整所述去除速率，以将所述去除速率维持处于所述期望的去除速率。
7.根据权利要求6所述的方法，其进一步包括：
测量所述再生气体的所述循环速率以提供经测量的循环速率，和将所述经测量的循环速率与期望的循环速率进行比较以提供循环速率差；和
响应于所述循环速率差而调整所述循环速率，以将所述循环维持处于所述期望的循环速率。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
使第一可燃材料在具有下游烟道气处理系统的第一炉组件内燃烧，并由其产生第一烟道气流，所述第一烟道气流包括氮氧化物、酸性气体组分和微粒；
通过第一微粒去除单元从所述第一烟道气流中去除微粒以提供第一净化气体流；和
通过酸性气体去除单元处理所述净化的烟道气流，以从所述第一净化的烟道气流中去除酸性气体组分，并产生到达所述第一SCR系统的第一脱硫的烟道气流作为所述第一经处理的烟道气流。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：
通过将氨或尿素或两者引入到所述第一炉中以诱导所述氮氧化物的选择性非催化还原来去除所述第一烟道气流中的所述氮氧化物的一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
将热能引入到所述封闭系统的所述再生气体中，由此控制所述再生气体的再生温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
测量所述系统压力并将所述系统压力与期望的系统压力进行比较以提供系统压力差；和
响应于所述系统压力差而调整所述第二脱氮的烟道气流的引入到所述封闭系统中的所述部分，以将所述系统压力维持处于所述期望的系统压力。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
测量所述再生流出气体的所述部分的所述去除速率以提供经测量的去除速率，和将所述经测量的去除速率与期望的去除速率进行比较以提供去除速率差；和
响应于所述去除速率差而调整所述去除速率，以将所述去除速率维持处于所述期望的去除速率。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
测量所述再生气体的所述循环速率以提供经测量的循环速率，和将所述经测量的循环速率与期望的循环速率进行比较以提供循环速率差；和
响应于所述循环速率差而调整所述循环速率，以将所述循环维持处于所述期望的循环速率。
14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
围绕所述封闭系统通入所述第一经处理的烟道气流作为旁路流，并将所述旁路流通入到所述烟囱。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210409 |