CN113058426A - 一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三效氧化‑还原耦合的烟气净化的装置及方法，所述装置包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元，所述还原单元包括还原反应器，所述还原单元包括相连接的喷氨装置和储氨装置，所述喷氨装置与还原反应器的入口相连接，所述储氨装置与废水回收单元相连接，所述三效氧化‑还原耦合的烟气净化的方法包括将烟气通入所述的三效氧化‑还原耦合的烟气净化的装置，进行净化过程，采用催化氧化和催化还原耦合，不仅能去除烟气中常规污染物气体，而且能够回收烟气组分的化学潜热，减少能量消耗；同时回收烟气中的水分，用于烟气净化过程，减少水资源消耗。

Description

一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置及方法
技术领域
本发明涉及工业烟气净化技术领域，尤其涉及一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置及方法。
背景技术
NOx(氮氧化合物)是一种重要的污染性气体，是形成酸雨的主要原因之一，NOx与碳氢化合物能发生光化学反应形成光化学烟雾，对动物和人体产生严重危害。工业烟气会排放大量的NOx，例如火力发电、钢铁生产、化工生产等。CO也是工业烟气中常见的污染性气体，例如钢铁生产中的烧结工序，其烟气中的CO浓度可以达到几千甚至上万毫克每立方米，CO是六项环境空气质量指标，其排放直接关系到公众健康，因此受到广泛关注，而目前缺乏有效的CO净化技术。此外，工业烟气中常含有碳氢化合物(CxHy)和水蒸气等组分。在NOx控制方面，选择性催化还原(SCR)技术是一种高效的NOx净化技术，该技术通过向烟气中喷入还原性的NH3，利用NH3和NOx在SCR催化剂上发生催化反应将NOx转化为N2和H2O，SCR技术最先应用于火电行业，催化剂的最佳运行温度区间为300～400℃，由于工业烟气的特征各异，对于温度较低的烟气(如烧结烟气)，SCR催化剂在使用时具有以下问题：一是催化剂低温活性差，应用时需要对烟气进行升温，需要消耗额外的燃料；二是SCR催化剂上易发生硫铵盐沉积，影响寿命。因此需要针对性开发适用于高温低湿烟气的污染物催化净化工艺。
CN209438348U公开了一种低温SCR法脱除废气中氮氧化物的系统。该低温SCR法脱除废气中氮氧化物的系统包括将废气加热至80～200℃的废气加热器；将加热后的废气和还原剂混合的混合器；将所述还原剂输送入所述混合器的给料装置；以及与所述混合器的出气口连接的SCR脱硝反应器；所述SCR脱硝反应器的出气口与烟囱连接；其中，所述给料装置包括依次连接的给料泵、喷射器和雾化器，所述雾化器的出气口与所述混合器的进气口连接，但所述装置需添加加热装置，热耗高。
CN211819591U公开了一种净化柴油机氮氧化合物的先氧化后还原装置，包括温度传感器、等离子体发生器、SCR还原装置，所述温度传感器位于柴油机排气处，所述等离子体发生器与温度传感器电连接，所述等离子体发生器远离温度传感器端固定连接至所述SCR装置连接，但未涉及废水回收装置，存在物料浪费的问题。
CN101439260B公开了一种脱除低温烟气中氮氧化物的系统及其工艺，低温烟气源依次与气-气换热器、加热器、反应器、气-气换热器、引风机、烟囱相连接，还原剂储运制备系统依次与氨/空气混合系统、氨喷射系统、反应器相连接，反应器与循环高温风机进口相连接，循环高温风机一出口与加热器进口相连接，循环高温风机另一出口与氨/空气混合系统进口相连接，但未涉及废水回收装置，存在物料浪费的问题。
因此，有必要开发一种能够高效去除烟气中常规污染物气体，而且能够回收烟气组分的化学潜热，减少能量消耗，同时回收烟气中的水分，减少水资源消耗的净化装置和方法。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，所述装置包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元，还原单元包括还原反应器，还原单元包括相连接的喷氨装置和储氨装置，喷氨装置与还原反应器的入口相连接，储氨装置与废水回收单元相连接，所述三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法包括将烟气通入所述的三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，进行净化过程，采用催化氧化和催化还原耦合，不仅能去除烟气中常规污染物气体，而且能够回收烟气组分的化学潜热，减少能量消耗；同时回收烟气中的水分，用于烟气净化过程，减少水资源消耗。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，所述装置包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元；所述还原单元包括还原反应器；所述还原单元还包括相连接的喷氨装置和储氨装置；所述喷氨装置与还原反应器的入口相连接；所述储氨装置与废水回收单元相连接。
本发明将三效氧化单元与还原单元相连接，采用催化氧化和催化还原耦合的方式，喷氨装置将储氨装置中的氨水喷洒进还原反应器中，进行选择性催化还原反应，将氮氧化物还原为氮气和水，所述烟气净化的装置不仅能去除烟气中常规污染物气体，而且能够回收烟气组分的化学潜热，减少能量消耗；设置废水回收单元能够回收烟气中的水分，用于烟气净化过程，减少水资源消耗。
本发明中三效氧化单元是指同时对一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物三种有害物起催化净化作用的氧化单元。
优选地，所述三效氧化单元包括氧化反应器。
优选地，所述氧化反应器设置有至少两层氧化催化剂，例如可以是2层、3层、4层或5层等。
优选地，所述还原反应器的入口与氧化反应器的出口相连接。
优选地，所述装置还包括换热装置。
优选地，所述换热装置设置于氧化反应器的入口和还原反应器的出口。
换热装置设置于氧化反应器的入口和还原反应器的出口，能够对入口处的烟气进行预热。
优选地，所述还原反应器设置有至少三层还原催化剂，例如可以是3层、4层、5层或6层等。
优选地，所述废水回收单元包括依次设置的过滤装置、储存装置和除雾装置。
优选地，所述除雾装置包括电除雾器。
优选地，所述除雾装置与还原反应器的出口相连接。
优选地，所述过滤装置的出口与储氨装置的入口相连接。
优选地，所述过滤装置与储氨装置之间设置有输送装置。
优选地，所述过滤装置包括机械筛。
过滤装置将废水中的颗粒物去除，避免颗粒物进入储氨装置中。
第二方面，本发明提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法采用第一方面所述的三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置进行。
优选地，所述方法包括将烟气依次通过三效氧化单元、还原单元和废水回收单元。
本发明中烟气首先经过氧化反应器，在催化剂作用下，NO被部分氧化为NO2，CO被氧化为CO2，CxHy(x，y各自独立地为正整数，例如可以是1、2、3或4等)被氧化成CO2和H2O，并放出化学潜热，使得烟气升温，烟气随后经过还原反应器，烟气中的NO、NO2、O2和外部喷入的NH3发生SCR脱硝反应，由于三效氧化单元使得烟气温度提升，并使得部分NO转化为NO2，氮氧化合物脱除效率得到显著提升，并且减少了硫铵盐在催化剂表面的沉积，烟气中经除雾装置去除水气，产生的废水储存在储存装置中，废液经过滤后，由输送装置送至储氨装置，用于稀释浓氨水。
优选地，所述烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率为45～55％，例如可以是45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％或55％等。
控制NO的氧化率为40～50％，使得在还原反应器内，NO2和NO的比值接近1，有利于发生“快速SCR脱硝反应”，氮氧化物的选择性催化还原反应进行的更充分，氮氧化物去除效率更高。
优选地，所述烟气的温度为100～200℃，例如可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等。
优选地，所述烟气中水蒸气的含量为8～20wt％，例如可以是8wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％等。
优选地，所述烟气包括NO、NO2、CO、CxHy和水。
优选地，所述三效氧化单元中的氧化催化剂包括氧化锰、氧化钴和氧化铈。
氧化催化剂使烟气中的CO、NO、CxHy发生催化氧化反应。
优选地，所述还原单元中的还原催化剂包括钒基催化剂。
还原催化剂使烟气中的NO、NO2和喷入的NH3发生催化还原反应被去除。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，所述装置包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元，结构简单，操作方便；
(2)本发明提供的一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，能去除烟气中常规污染物气体CO、NO、NO2和CxHy，而且能够回收烟气组分的化学潜热，提升了烟气温度，有效降低污染物净化工艺的能耗；
(3)本发明提供的一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，能够回收烟气中的水分，用于烟气净化过程，减少水资源消耗。
附图说明
图1是本发明实施例1中三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置的示意图。
图中：1-换热装置；2-氧化反应器；3-还原反应器；4-喷氨装置；5-储氨装置；6-输送装置；7-过滤装置；8-储存装置；9-除雾装置。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，如图1所示，所述装置包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元，三效氧化单元包括设置有两层氧化催化剂的氧化反应器2，还原单元包括设置有三层还原催化剂的还原反应器3，氧化反应器2的出口与还原反应器3的入口相连接，所述装置还包括设置于氧化反应器2入口和还原反应器3出口的换热装置1，还原单元还包括相连接的喷氨装置4和储氨装置5，喷氨装置4与还原反应器3的入口相连接，储氨装置5与废水回收单元相连接，废水回收单元包括依次设置的过滤装置7、储存装置8和除雾装置9，除雾装置9与还原反应器3的出口相连接，过滤装置7的出口与储氨装置5的入口相连接，过滤装置7与储氨装置5之间设置有输送装置6。
其中氧化催化剂为氧化锰、氧化钴和氧化铈，还原催化剂为钒基催化剂V2O5-WO3/TiO2。
本实施例还提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法为将温度为100℃，水蒸气的含量为8wt％的烟气通入所述三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置中进行，烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率为50％。
其中烟气的组成为500ppm的NO、50ppm的NO2、1wt％的CO、300ppm的CxHy和8wt％的水，其余为烟尘。
实施例2
本实施例还提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法为将温度为150℃，水蒸气的含量为16wt％的烟气通入所述三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置中进行，烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率为45％，其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例还提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法为将温度为200℃，水蒸气的含量为20wt％的烟气通入所述三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置中进行，烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率为55％，其余均与实施例1相同。
实施例4
本实施例还提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率控制为40％，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例还提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率控制为60％，其余均与实施例1相同。
二、对比例
对比例1
本对比例提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，所述方法与实施例1的区别仅在于烟气净化的装置中不设置有三效氧化单元，其余均与实施例1相同。
三、测试及结果
净化后烟气中污染物含量的测试方法：采用型号为MRU MGA6plus的红外烟气分析仪对烟气组分进行测试。
以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003029651690000081
从表1可以看出以下几点：
(1)本发明提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元，烟气净化的方法包括将烟气通入烟气净化的装置，进行净化过程，采用催化氧化和催化还原耦合，不仅能去除烟气中常规污染物气体，而且能够回收烟气组分的化学潜热，减少能量消耗；同时回收烟气中的水分，用于烟气净化过程，减少水资源消耗，具体而言，实施例1～5中净化后烟气中NO脱除率≥90％，NO2脱除率≥95％，CO脱除率≥85％，CxHy脱除率≥85％；
(2)结合实施例1和实施例4～5可知，实施例1中NO的氧化率为50％，相较于实施例4～5中NO的氧化率分别为40％和60％而言，实施例1中净化后烟气NO脱除率为95％，而实施例4～5中净化后烟气NO脱除率均为90％，由此表明，本发明将NO的氧化率控制在一定范围内，能够进一步提升净化后烟气NO脱除率；
(3)结合实施例1和对比例1可知，实施例1中设置有三效氧化单元，相较于对比例1中未设置有三效氧化单元而言，实施例1中净化后烟气NO脱除率为95％，NO2脱除率为95％，CO脱除率为85％，CxHy脱除率为85％，而对比例1中净化后烟气NO脱除率为85％，NO2脱除率为90％，CO脱除率为0，CxHy脱除率为0，由此表明，本发明设置有三效氧化单元，能够提升净化后烟气中NO和NO2脱除率，且使得CO和CxHy进行脱除。
本发明提供一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元，烟气净化的方法包括将烟气通入烟气净化的装置，进行净化过程，采用催化氧化和催化还原耦合，不仅能去除烟气中常规污染物气体，而且能够回收烟气组分的化学潜热，减少能量消耗；同时回收烟气中的水分，用于烟气净化过程，减少水资源消耗，净化后烟气中NO脱除率≥90％，NO2脱除率≥95％，CO脱除率≥85％，CxHy脱除率≥85％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置，其特征在于，所述装置包括依次设置的三效氧化单元、还原单元和废水回收单元；
所述还原单元包括还原反应器；
所述还原单元还包括相连接的喷氨装置和储氨装置；
所述喷氨装置与还原反应器的入口相连接；
所述储氨装置与废水回收单元相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述三效氧化单元包括氧化反应器；
优选地，所述氧化反应器设置有至少两层氧化催化剂。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述还原反应器的入口与氧化反应器的出口相连接；
优选地，所述装置还包括换热装置；
优选地，所述换热装置设置于氧化反应器的入口和还原反应器的出口。
4.根据权利要求1～3任一项所述的装置，其特征在于，所述还原反应器设置有至少三层还原催化剂。
5.根据权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，所述废水回收单元包括依次设置的过滤装置、储存装置和除雾装置；
优选地，所述除雾装置与还原反应器的出口相连接；
优选地，所述过滤装置的出口与储氨装置的入口相连接；
优选地，所述过滤装置与储氨装置之间设置有输送装置；
优选地，所述过滤装置包括机械筛。
6.一种三效氧化-还原耦合的烟气净化的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1～5任一项所述的三效氧化-还原耦合的烟气净化的装置进行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括将烟气依次通过三效氧化单元、还原单元和废水回收单元；
优选地，所述烟气经过三效氧化单元后，NO的氧化率为45～55％。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述烟气的温度为100～200℃；
优选地，所述烟气中水蒸气的含量为8～20wt％；
优选地，所述烟气包括NO、NO2、CO、CxHy和水。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述三效氧化单元中的氧化催化剂包括氧化锰、氧化钴和氧化铈。
10.根据权利要求7～9任一项所述的方法，其特征在于，所述还原单元中的还原催化剂包括钒基催化剂。
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