CN112955243A

CN112955243A - 利用金属过滤器的一体式废气处理装置

Info

Publication number: CN112955243A
Application number: CN201980071771.0A
Authority: CN
Inventors: 卞泳喆; 金炳技; 金亮均; 金峻佑
Original assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Current assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-06-11
Also published as: KR102093799B1; WO2020091392A1

Abstract

本发明涉及一种一体式废气处理装置，所述一体式废气处理装置使用堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器，可以在单一反应器模块中进行所有的除尘、脱硫、脱氮工艺。根据本发明，提供一种一体式废气处理装置，所述一体式废气处理装置由于使用金属过滤器，因此在高温中也可以进行除尘、脱硫、脱氮工艺，并且对于外部冲击也不易被破裂，可以容易地去除形成在过滤袋上的灰尘层。

Description

利用金属过滤器的一体式废气处理装置

技术领域

本发明涉及一种利用堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器的一体式废气处理装置。

背景技术

发电厂、炼钢厂等使用能源的行业使用煤、气等燃料来运行各种燃烧设施。使用煤、气等燃料，一定会产生灰尘、氮氧化物(NO_x)和SO₂等的空气污染物。因此，所有产生空气污染物的工厂都在为减少粉尘、氮氧化物(NO_x)和SO₂的排放而花费大量的金钱和精力。

在传统技术中，作为用于除尘的技术，滤布除尘器最为广泛地使用。另一方面，作为用于去除氮氧化物的技术，具有使用SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)催化剂的方法，为了去除SO₂，正在运用湿式除尘器、喷射半干式或干式脱硫剂的技术。

通常，由于每个减排装置的运行条件不同，因此将用于减少灰尘、氮氧化物和SO₂的装置串联连接来运行。对于粉尘，主要使用可耐200℃以下的中低温的织物(Fabric)形态的过滤袋，对于用于减少氮氧化物的SCR催化剂的情况，在250℃以上氮氧化物由作为还原剂的NH₃被还原。另一方面，用于减少SO₂的湿式除尘器在100℃以下、喷射半干或干式脱硫剂时在100至170℃下实现反应。

近年来，正在进行用于统一灰尘、氮氧化物和SO₂的反应温度的技术的开发。韩国注册专利第10-1104837号介绍了一种在250℃以上的高温下也可以去除灰尘的陶瓷过滤器。韩国公开专利第10-2017-0128219号介绍了一种在陶瓷过滤器上涂覆SCR催化剂，并且在250℃以上的温度下可以同时进行除尘和脱氮的过滤器型SCR催化剂。如果在陶瓷过滤器上涂覆SCR催化剂物质，可以在250℃以上的高温下去除灰尘，同时可以诱导SCR反应来去除氮氧化物。然而，由于陶瓷过滤器在很小的冲击或振动也很容易破裂，因此抗地震等能力弱，并且由于脱硫工艺在170℃以下的温度进行，因此即使使用涂覆有SCR催化剂的陶瓷过滤器，也存在不能统一氮氧化物还原工艺和脱硫工艺的反应温度的问题。

当前是尚未形成不仅能够进行除尘和脱氮而且能够进行脱硫工艺的技术的状态，并且作为最接近的同时处理除尘、脱氮、脱硫的技术，可以列举如韩国公开专利第10-2012-0047586号的利用一级脱硫反应器和二级除尘/脱氮/脱硫反应器的技术。然而，上述技术具有当废气中的氮氧化物、SO₂与高浓度的灰尘一起被引入时，作为脱硫剂使用的熟石灰、生石灰或沸石粉末与灰尘混合，从而降低反应速率的缺点，并且在一体式反应器使用过滤过滤器的催化剂时，很难将用于脱除捕获在过滤器的灰尘的空气注入到过滤袋和SCR催化剂之间。

现有技术文献

专利文献

(专利文献1)韩国注册专利第10-1104837号

(专利文献2)韩国公开专利第10-2017-0128219号

(专利文献3)韩国公开专利第10-2012-0047586号。

发明内容

要解决的课题

本发明为了解决如上所述的问题，提供一种对于外部冲击不易被破裂，并且在高温下也能够进行所有除尘、脱硫及脱氮工艺的一体式废气处理装置。

解决课题的方法

根据本发明的一个实施例，提供一种一体式废气处理装置，所述一体式废气处理装置包括去除在燃烧炉中产生的废气内的灰尘的一级除尘器，以及具备堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器，并且对上述废气进行除尘、脱硫、脱氮工艺的单一反应器模块。

所述SCR催化剂可以是TiO₂、Al₂O₃或者含有金属的沸石，所述金属可以是选自Sn、W、V、Co、Zr、Ce及Fe组成的组中的一种或更多种。

所述金属过滤器可以包括选自Fe、Cu、Ni、Cr、Ti及其合金组成的组中的一种或更多种金属。

所述单一反应器模块的温度可以是250℃以上。

从所述一级除尘器中排出的灰尘的浓度可以是600mg/Nm³。

所述一体式废气处理装置还包括水分供给装置，所述水分供给装置可以将水或蒸汽喷射至废气，使得废气中的水分含量为5至20重量％。

所述一体式废气处理装置还包括脱硫剂供给装置，所述脱硫剂供给装置的脱硫剂供给量是0.5至5g/Nm³，所述脱硫剂可以是熟石灰(Ca(OH)₂)、活性炭或者选自Al、Si、Mg及Ca组成的组中的一种或更多种的无机物的粉末。

所述一体式废气处理装置还包括还原剂供给装置，所述还原剂供给装置可以将氨气或尿素喷射到废气中。

所述还原剂供给装置供给还原剂，使得在存在于单一反应器模块中的NH₃和氮氧化物的摩尔比为0.5至1.5，并可以根据在废气排出部测量的氮氧化物浓度控制还原剂的供给量。

所述一体式废气处理装置还可以包括向所述金属过滤器提供压缩空气的压缩空气供给装置。

根据本发明的一个实施例，提供一种为了促进氮氧化物的还原反应，堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器。

所述SCR催化剂可以是TiO₂、Al₂O₃或者是含有选自Sn、W、V、Co、Zr、Ce及Fe组成的组中的一种或更多种金属的沸石。

发明效果

本发明的一体式废气处理装置使用堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器，具有在高温中也可以便于进行除尘、脱硫、脱氮工艺，并且对于外部冲击不易被破裂的优点。另外，由于将SCR催化剂颗粒化使用，因此可以容易地去除形成在过滤袋上的灰尘层。

附图说明

图1是示出本发明的一体式除尘、脱硫、脱氮装置的整体结构的示意图。

图2是示出本发明的单一反应器模块的结构的示意图。

图3是示出本发明的具备金属过滤器的过滤袋的示意图。

图4是示出根据单一反应器模块内的反应温度的SO₂去除率的图表。

图5是示出根据单一反应器模块内的引入灰尘浓度的SO₂去除率的图表。

具体实施方式

在下文中，将描述本发明的优选实施例。然而，本发明的实施例可以被修改为其他各种形式，并且本发明的范围不限于以下描述的实施例。

根据本发明的一个实施例，一体式废气处理装置如图1所示，包括单一反应器模块和配置在所述单一反应器模块前端的一级除尘器，另外还可包括水分供给装置、脱硫剂供给装置、还原剂供给装置、压缩空气供给装置。

图2示出了为了去除废气中所含的灰尘、氮氧化物(NO_x)和SO₂进行所有除尘、脱氮及脱硫过程的单一反应器模块。

传统的除尘和脱氮工艺是使用作为过滤袋的涂覆有SCR催化剂的陶瓷过滤器进行的。但是，由于陶瓷过滤器的断裂韧性值低至0.5～5MPa·m^1/2，所以即使在很小的冲击或振动也很容易被破裂，从而具有抗地震等能力弱的缺点。

在本发明中，利用与陶瓷过滤器相比具有高强度(断裂韧性值为15～100MPa·m¹ ^/2)的堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器进行除尘和脱氮工艺。如图3所示，将SCR催化剂颗粒化是为了顺利地去除形成在过滤袋表面上的灰尘层。包含在废气中的灰尘在脱除过程中在过滤袋的表面上形成灰尘层，并且所述灰尘层越厚，过滤袋的除尘性能越低。因此，需要适当地去除灰尘层，为此，将空气注入到圆筒形的过滤袋内部，并且所注入的空气从过滤袋的内部向外部通过来实现除尘。如果将粉末状的SCR催化剂堆叠在金属过滤器上作为过滤袋使用时，由于缺乏透气性，所以不能容易地去除过滤袋表面的灰尘层。因此，为了提高透气性，优选使用具有堆叠的颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器。

在本发明中，在金属过滤器中堆叠的颗粒化的SCR催化剂可以是TiO₂、Al₂O₃或者是沸石中含有的金属，所述金属优选为选自Sn、W、V、Co、Zr、Ce及Fe组成的组中的一种或更多种，但不限于此。

另外，作为可以用作所述金属过滤器的金属可以是选自Fe、Cu、Ni、Cr、Ti及其合金组成的组中的一种或更多种，但不限于此，可以优选地使用SUS、Mikel、钛(Titanium)、蒙乃尔(Monel)，因科内尔(Inconell)、哈氏合金(Hastelloy)等的金属。

另一方面，在单一反应器模块内的脱硫工艺中，将熟石灰(Ca(OH)₂)、活性炭或选自Al，Si，Mg及Ca组成的组中的一种或更多种无机物的粉末作为脱硫剂使用，所述粉末的比表面积优选为30m²/g或更大。

利用所述脱硫剂的脱硫反应式如下。

Ca(OH)₂+SO₂+1/2O₂→CaSO₄+H₂O式(1)

由熟石灰的脱硫反应随着反应温度升高，SO₂的去除率降低。然而，随着反应温度超过约200℃，反应温度越升高，SO₂的去除率增加，并且之后的反应温度达到约350℃，则SO₂的去除率再次降低(图4)。

传统技术中，由于除尘工艺、脱氮工艺和脱硫工艺分别在串联连接的各个反应器中进行，并且在每个反应器中分别设定反应条件，因此没有必要在利用熟石灰的脱硫工艺中将废气的温度升高到300℃以上。因此，在使用湿式除尘器时，在100℃以下进行脱硫工艺，在使用半干或干的脱硫剂时，在100～170℃进行脱硫工艺。

注入到本发明的单一反应器模块的废气的温度通常为200～400℃。如上所述，由于堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器在250℃以上的高温下也可以使用，因此，可以无需用于升高废气的温度额外工艺而进行除尘、脱氮和脱硫工艺。

另外，在单一反应器模块中未反应的脱硫剂被存储在单独的存储装置中，或者可以被转送至稍后将描述的脱硫剂供给装置，可以在脱硫反应中再次利用。

本发明的一级除尘器配置在单一反应器模块的前端，通过重力、离心力或电力除尘器进行除尘工艺。作为一级除尘器，重力或离心力除尘器具有约70％至80％的灰尘去除效率。相反地，使用电力除尘器或过滤袋除尘器时，可以达到90％以上的灰尘去除效率，因此，当引入到一级除尘器的灰尘浓度为2g/Nm³以上的高浓度时，优选地使用电力除尘器或者过滤袋除尘器。当引入到一级除尘器的灰尘浓度为2g/Nm³以下时，可以无限制地使用上述除尘器。

所述一级除尘器去除包含在从燃烧设备排出的废气中的高浓度的灰尘。如果未去除高浓度灰尘的废气供给到单一反应器模块，则所述高浓度的灰尘和脱硫剂被混合，相对地减少脱硫剂与SO₂之间的接触，使得SO₂的去除率降低(图5)。因此，为了防止SO₂的去除率降低，优选地通过一级除尘器去除废气中包含的高浓度的灰尘。

单一反应器模块中的SO₂去除率优选为50％以上，并且为了使所述SO₂去除率达到50％以上，引入到单一反应器模块的灰尘的浓度应为约600mg/Nm³以下。因此，从一级除尘器排出的灰尘的浓度同样优选为600mg/Nm³以下。

水分供给装置、还原剂供给装置、脱硫剂供给装置可以设置在本发明的单一反应器模块与一级除尘器之间。可以根据工艺适当地调整所述水分供给装置、还原剂供给装置和脱硫剂供给装置的配置顺序，这不会影响除尘、脱氮和脱硫的效率。向从一级除尘器排出的废气供应水分、还原剂和脱硫剂时，其通过安装在排管内的均匀混合器与废气均匀混合，并注入到单一反应器模块中。

所述水分供给装置的喷嘴与连接单一反应器模块和一级除尘器的排管连接，为了提高在单一反应器模块中脱硫剂的SO₂去除率，通过喷嘴喷射水或蒸汽。由于脱硫剂吸收废气内的水分，并被解离为Ca²⁺和OH^-的离子态，从而增加SO₂和Ca²⁺的反应性，因此随着废气中含有的水分的含量的提高，SO₂的去除率也增加。另一方面，如果废气中含有的水分的含量过高时，可能发生在废气排出部产生白烟的问题。因此，废气内水分含量优选为5至20重量％。

所述脱硫剂供给装置通过排管向移动的废气喷射脱硫剂，所述脱硫剂将熟石灰(Ca(OH)₂)、活性炭或者选自Al、Si、Mg及Ca组成的组中的一种或更多种无机物的粉末作为脱硫剂使用。

为了反应器模块中的SO₂去除率达到50％以上适当地供给脱硫剂，通常可以供给0.5至5g/Nm³。如果所述脱硫剂的供应量未达到0.5g/Nm³，则存在不能达到对于SO₂的目标去除率的问题，并且如果脱硫剂的供应量超过5g/Nm³，则本发明的废气处理装置的运行成本过度增加，因此不宜优选。

所述还原剂供给装置将氨气从氨气罐直接注入到废气中，或者将尿素从尿素罐直接注入到废气中。如果将氨气作为还原剂使用还原氮氧化物，则会产生N₂和H₂O，还原反应式如以下式(2)至式(5)所示。尿素在高温下热分解后产生氨气和水蒸气，此时产生的氨气同样根据以下式(2)至(5)还原氮氧化物。

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O 式(2)

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O 式(3)

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O 式(4)

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O 式(5)

另一方面，为了测量废气排出部的氮氧化物浓度，具备氮氧化物浓度测量计，并根据在所述测量计中测量的氮氧化物的浓度来控制还原剂供给装置中的还原剂供给量。

可以调节所述还原剂供给量，使得单一反应器中存在的NH₃和氮氧化物的摩尔比为0.5至1.5。当所述摩尔比为0.5以下时，氮氧化物去除率为50％以下，从而大量的氮氧化物通过废气排出部被排出。由此，废气排出部中的氮氧化物浓度被测高，从而增加还原剂供给量。另一方面，当所述摩尔比超过1.5时，存在未反应的氨气残留的问题。

本发明的压缩空气供给装置用于去除形成在金属过滤器的表面上的灰尘层，配置在金属过滤器的上端并将压缩空气供给到金属过滤器的内部。在本发明中，通过将颗粒化的SCR催化剂堆叠在金属过滤器上并使用，可使压缩空气从过滤器的内部到外部顺利地通过。因此，灰尘层被有效地去除，并且除尘效率不会随时间的经过而降低。

根据本发明的另一个实施例，如图3所示，为了促进氮氧化物的还原反应，提供一种堆叠有颗粒化的SCR催化剂的金属过滤器。

将堆叠在金属过滤器上的SCR催化剂进行颗粒化是为了顺利地去除形成在过滤袋表面上的灰尘层。通过颗粒化催化剂，提高过滤袋的透气性，并使注入到过滤袋内部的空气通过过滤袋外部，从而可以更有效地进行除尘。所述SCR催化剂可以是TiO₂、Al₂O₃或是含有选自Sn、W、V、Co、Zr、Ce及Fe组成的组中的一种或更多种金属的沸石。

实施例

在下文中，将详细描述本发明的实施例。以下实施例仅用于理解本发明，并不用于限定本发明。

测量SO₂去除率

表1和图5示出了根据包含在引入到单一反应器模块的废气中的灰尘浓度测量SO₂去除率的结果。此时，废气的水分含量为15重量％，并且使用熟石灰(Ca(OH)₂)作为脱硫剂。

表1

引入灰尘浓度(mg/Nm<sup>3</sup>)	SO<sub>2</sub>去除率(％)
		0	92
200	80
		400	67
600	52
		800	42
1200	35
		1550	30

在表1中，可以确认随着引入到单一反应器模块的灰尘的浓度的增加，SO₂的去除率降低。这是因为由脱硫剂供给装置提供的脱硫剂与高浓度的灰尘混合时，相对地减少脱硫剂与SO₂的接触。因此，为了达到50％以上的SO₂去除率，运行一级除尘器并将引入到单一反应器模块中的灰尘的浓度调整为600mg/Nm³以下。

符号说明

1：废气供给排管； 2：一级除尘器；

3：脱除灰尘传送带； 4：水分供给装置；

5：脱硫剂供给装置； 6：还原剂供给装置；

7：压缩空气供给装置； 8：压缩空气供给喷嘴；

9：单一反应器模块； 10：SCR催化端；

11：灰尘去除过滤器； 12：废气排出排管；

13：除尘灰尘及废脱硫剂传送带； 14、15：废气；

16：脱硫剂粉末； 17：灰尘。

Claims

1.一种一体式废气处理装置，其中，所述一体式废气处理装置包括：

一级除尘器，去除在燃烧炉中产生的废气内的灰尘；以及

单一反应器模块，具备堆叠有颗粒化的选择性催化还原催化剂的金属过滤器，并且对所述废气进行除尘、脱硫、脱氮工艺。

2.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述选择性催化还原催化剂是TiO₂、Al₂O₃或者含有金属的沸石。

3.根据权利要求2所述的一体式废气处理装置，其中，所述金属是选自Sn、W、V、Co、Zr、Ce及Fe组成的组中的一种或更多种。

4.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述金属过滤器是包括选自Fe、Cu、Ni、Cr、Ti及其合金组成的组中的一种或更多种金属的过滤器。

5.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述单一反应器模块的温度是250℃以上。

6.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，从所述一级除尘器中排出的灰尘的浓度是600mg/Nm³。

7.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述一体式废气处理装置还包括水分供给装置，所述水分供给装置将水或蒸汽喷射至废气，使得废气中的水分含量为5至20重量％。

8.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述一体式废气处理装置还包括脱硫剂供给装置，所述脱硫剂供给装置的脱硫剂供给量是0.5至5g/Nm³。

9.根据权利要求8所述的一体式废气处理装置，其中，所述脱硫剂是熟石灰(Ca(OH)₂)、活性炭或选自Al、Si、Mg和Ca组成的组中的一种或更多种的无机物的粉末。

10.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述一体式废气处理装置还包括还原剂供给装置，所述还原剂供给装置将氨气或尿素喷射到废气中。

11.根据权利要求10所述的一体式废气处理装置，其中，所述还原剂供给装置供给还原剂，使得在存在于单一反应器模块中的NH₃和氮氧化物的摩尔比为0.5至1.5。

12.根据权利要求10所述的一体式废气处理装置，其中，所述还原剂供给装置根据在废气排出部测量的氮氧化物浓度控制还原剂供给量。

13.根据权利要求1所述的一体式废气处理装置，其中，所述一体式废气处理装置还包括向所述金属过滤器提供压缩空气的压缩空气供给装置。

14.一种金属过滤器，其中，为了促进氮氧化物的还原反应，堆叠有颗粒化的SCR催化剂。

15.根据权利要求14所述的金属过滤器，其中，所述SCR催化剂是TiO₂、Al₂O₃或者是含有选自Sn、W、V、Co、Zr、Ce及Fe组成的组中的一种或更多种金属的沸石。

16.根据权利要求14所述的金属过滤器，其中，所述金属过滤器包括选自Fe、Cu、Ni、Cr、Ti及其合金组成的组中的一种或更多种金属。