CN113413744A - 一种套筒式氨气和co联合脱硝系统装置、方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟气净化领域，提供了一种套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置、方法及应用，目前，工业脱硝最常见的是以氨气作为还原剂催化还原法，虽然它的反应效率高，选择性好，但是它在实际的工业生产中，不可避免的存在氨气泄漏的问题。易造成二次污染。其次就是他的成本较高，还要一系列的氨气发生系统，大大的增加了运行成本。随着催化剂的深入研究，以CO为还原剂的SCR技术渐渐成为研究者倾向的方向。本设备主要介绍以氨气和CO联合脱硝方案，即降低了成本又达到了环保的要求。
Description
技术领域
本装置属于烟气净化设备技术领域，具体的说，是指一种综合型烟气脱硝系统。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着我国经济的飞速发展，针对环境保护的力度也空前加大，并为此颁布了一系列的污染物排放标准。在空气污染中，由燃煤锅炉产生的烟气是导致大气污染的主要原因之一，针对燃煤电厂，国家最新颁布了“超低排放”标准，对空气中烟尘、硫、氮化合物的排放限制浓度进一步提高，目前，燃煤电厂及其供热系统所排放的烟气污染物占据大气中烟气污染物的主要部分。因此，对燃煤电厂及其城市燃煤供热系统中烟气进行有效治理对于大气中整体烟气污染物成分控制具有显著意义。且烟气中成分复杂，氮、硫化合物含量大，如若直接排放，会对空气造成严重污染。近年来温室效应已经引起了国际社会普遍关注，温室效应带来的影响越来越显著，传统的SCR技术一般采用氨气作为还原剂，虽然其转化效率高，技术成熟。但其存在投入成本大，氨气易逃逸等缺点。相比NH3-SCR技术，以CO作为还原剂的CO-SCR脱硝技术更绿色环保，资源消耗更少。CO-SCR脱硝技术的核心是催化剂的制备。发明人发现：目前，单纯的CO-SCR脱硝技术商业运用不够成熟。
发明内容
针对现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种套筒式一体化的烟气脱硝装置，通过该方法能够简单快速的实现烟气脱硝，实现脱硝参数可调节。结构简单，操作容易。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，包括：套筒式三腔反应器，所述套筒式三腔反应器包括：第三反应器3、环绕在第三反应器3外侧的第二反应器2，环绕在第二反应器2外侧的第一反应器1；所述第一反应器1、第二反应器2皆为两端开口的中空腔体，所述第三反应器3为底部开口的中空腔体、所述第一反应器1的顶部和底部分别设置有上风罩5、下风罩6，形成封闭的空间；所述第一反应器1、第二反应器2、第三反应器3内均设置有催化剂层，所述第二反应器2的顶部设置有烟气气体输送管4，所述第二反应器2、第一反应器1分别与氮气气体储罐7相连，所述第三反应器3与一氧化碳送气装置9相连，所述第三反应器3顶端设置有气体出口17。
本发明在CO-SCR脱硝技术的基础上探究了一种新型的脱硝技术，开发了氨气一氧化碳联合脱硝技术。
本发明的第二个方面，提供了一种套筒式氨气和CO联合脱硝方法，包括：
采用任一上述的装置对烟气进行处理；
将烟气导入第二反应器2，或第二反应器2与第一反应器1中，进行SCR脱硝反应；
反应后的烟气再进入到第三反应器3，以CO为还原剂进行催化脱硝，即得。
本发明的第三个方面，提供了任一上述的装置在烟气处理领域中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过参考传统的氨气脱硝工艺以及现有的一氧化碳脱硝工艺，通过比较可以得出，由于套筒式反应器内外层之间存在换热，可以将高温气体的热量传给低温气体，能够增加内层反应器的使用温度范围，并且还可综合利用热量，无需对一氧化碳反应器部分进行额外加热。既可以维持催化还原反应的温度，又可以保证碳载体不被氧化，没有损失。
(2)由于外套筒存在开关阀结构。可进行变量控制，结构简单，操作容易。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明套筒式联合脱硝装置结构示意图；
图2为所述脱硝装置反应器的刨面图。
其中，1.第一反应器、2.第二反应器、3.第三反应器、4.烟气气体输送管、5.上风罩、6.下风罩、7.氨气气体储罐，8.氨气喷淋装置、9.一氧化碳送气装置、10除灰装置、11.观测口、12.第一阀门、13.第二阀门、14.第一催化剂层、15.第二催化剂层、16.积灰装置、17.出口。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，包括：第一反应器1(外腔)、第二反应器2(中腔)、第三反应器3(内腔)，烟气气体输送管4、上风罩5、下风罩6、氨气气体储罐7，氨气喷淋装置8、一氧化碳送气装置9，催化剂层除灰装置10，以及观测口11。最外层套筒开关装置(第一外腔阀12、第二外腔阀13)。所述第一反应器1(外腔)、第二反应器2(中腔)、第三反应器3(内腔)为套筒式三腔反应器，包括内层的圆筒形内一氧化碳反应腔(第三反应器3)和外围两腔的环筒形外氨气反应腔(第一反应器1、第二反应器2)，其中均设置有催化剂层14、15。所述烟气气体输送管4为双筒式环形套管，内外分别为烟气进口和烟气出口，所述上风罩5和下风罩6为漏斗状，上风罩用于烟气整流以及还原气与烟气混合，下风罩设置积灰装置16。含有NOx的烟气顺次经过外反应器(第一反应器1、第二反应器2)，内反应器(第三反应器3)。在反应器中的催化剂表面接触并反应，反应后的烟气最后从反应器的出口17排出。
在一些实施例中，氨气反应部分的SCR反应器，选用活性炭基掺杂CeOx/AC催化剂，活性炭具有复杂多样的空隙结构，高比表面积丰富可调变的表面基团和较高的脱氧能力,在掺杂7％的CeOx/AC时催化剂转化率在90％以上。
在一些实施例中，一氧化碳催化剂采用所述碳载体为活性焦或活性炭，所述活性金属为Cu、Fe、Ce、V、Co、Mn中的一种或多种催化剂，研究表明，过度金属催化剂抗氧能力突出。
在一些实施例中，氨气催化剂层14采用板式结构，其通流面积大，不易产生堵塞。一氧化碳催化剂层采用蜂窝式结构，其比表面积大。易于充分反应。
在一些实施例中，烟气催化剂层吹灰装置10，其中声波清灰器设置于催化剂层中间，震荡清灰器设置在催化剂层底部，下风罩设计灰分出口。另外，在催化剂层壁面上设置若干个检测孔11。便于检查催化剂层的状态。
在一些实施例中，可根据燃烧物不同，所述反应器可选择不同的氨气催化剂进行反应
在一些实施例中，所述反应器外腔和烟气气体输送管外壁设有保温材料。
本发明还提供了上述套筒式氨气和CO联合脱硝装置的运行方法，包括如下步骤：
(1)根据进口处烟气NOx浓度，使含氮氧化物的烟气通过管道进入反应器2中腔中，若烟气中NOx浓度超出氨气反应器的处理最大值，可调节外腔的开关装置12、13，使一部分烟气经过外腔，增加反应效率。其中的催化剂层对烟气中的氮氧化物进行吸附，反应后通过下部进入一氧化碳反应器。反应后烟气排出。
(2)调节外腔阀12、13的开度。可调节烟气的处理程度。
在一些实施例中，所述通入外腔的烟气的输入温度为350-450℃，其外腔可用于对内腔的加热，保证了一氧化碳脱硝的最佳反应温度。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1：
一种套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于包括反应器1、2反应器3，烟气气体输送管4、上风罩5、下风罩6、氨气气体储罐7，氨气喷淋装置8、一氧化碳送气装置9，催化剂层除灰装置10，以及观测口11。最外层套筒开关装置12、13。所述反应器1、2、3为套筒式三腔反应器，包括内层的圆筒形内一氧化碳反应腔和外围两腔的环筒形外氨气反应腔，其中均设置有催化剂层14、15。所述烟气气体输送管4为双筒式环形套管，内外分别为烟气进口和烟气出口，所述上风罩5和下风罩6为双腔漏斗状，上风罩5用于烟气整流以及还原气与烟气混合，下风罩6设置积灰装置。含有NOx的烟气顺次经过外反应器1、2，内反应器3。在反应器中的催化剂表面接触并反应，反应后的烟气最后从反应器的出口17排出。
由于套筒式反应器内外层之间存在换热，可以将高温气体的热量传给低温气体，能够增加内层反应器(第三反应器3)的使用温度范围，并且还可综合利用热量，无需对一氧化碳反应器(第三反应器3)部分进行额外加热。既可以维持催化还原反应的温度，又可以保证碳载体不被氧化，没有损失。
进一步地，氨气反应部分的SCR反应器，选用活性炭基掺杂CeOx/AC催化剂，活性炭具有复杂多样的空隙结构，高比表面积丰富可调变的表面基团和较高的脱氧能力,在掺杂7％的CeOx/AC时催化剂转化率在90％以上。
进一步地，一氧化碳催化剂14采用所述碳载体为活性焦或活性炭，所述活性金属为Cu、Fe、Ce、V、Co、Mn中的一种或多种催化剂，研究表明，过度金属催化剂抗氧能力突出。
进一步地，其氨气催化剂层15采用板式结构，其通流面积大，不易产生堵塞。一氧化碳催化剂层14采用蜂窝式结构，其比表面积大。易于充分反应。
进一步地，在烟气催化剂层吹灰装置10，其中声波清灰器设置于催化剂层14、15中间，震荡清灰器设置在催化剂层14、15底部，下风罩6设计灰分出口。另外，在催化剂层14、15壁面上设置若干个检测孔11。便于检查催化剂层的状态。
进一步到，可根据燃烧物不同，所述反应器可选择不同体积的氨气催化剂进行反应。
进一步地，所述的套筒式一体化的烟气脱硝装置，所述反应器1外腔和烟气气体输送管4外壁设有保温材料。
进一步地，一种套筒式氨气和CO联合脱硝装置，包括如下步骤：
(1)根据进口处烟气NOx浓度，使含氮氧化物的烟气通过管道进入反应器中腔(第二反应器2)中，若烟气中NOx浓度超出氨气反应器的处理最大值，可调节外腔的开关装置12、13，使一部分烟气经过外腔(第一反应器1)，增加反应效率。其中的催化剂层对烟气中的氮氧化物进行吸附，反应后通过下部进入一氧化碳反应器3。反应后烟气排出。
(2)调节外腔阀12、13的开度。可调节烟气的处理程度。
进一步地，所述的套筒式烟气脱硝装置，所述通入外腔(第一反应器1)的烟气的输入温度为350-450℃，其外腔可用于对内腔(第三反应器3)的加热，保证了一氧化碳脱硝的最佳反应温度。
实施例2：
一种套筒式双室联合脱硝装置，包括如下步骤：(1)含氮氧化物的烟气通过管道进入烟气气体输送管4的外通道中，并输送至反应器的外反应腔(第二反应器2)中，保持5min，其中的催化剂层对烟气中的氮氧化物进行吸附；根据测得的氮氧化物浓度，调节阀12、13，使烟气选择性的进入第一反应器1；
(2)随后烟气通过一氧化碳反应器(第三反应器3)内反应腔中，保持5min，并通入还原性气体CO进入内反应器(第三反应器3)中，经催化剂表面吸附发生催化还原反应，随后烟气从出口排出。
(3)通过烟气分析仪控制电磁阀12、13的开度，达到烟气排放标准。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，包括：套筒式三腔反应器，所述套筒式三腔反应器包括：第三反应器(3)、环绕在第三反应器(3)外侧的第二反应器(2)，环绕在第二反应器(2)外侧的第一反应器(1)；所述第一反应器(1)、第二反应器(2)皆为两端开口的中空腔体，所述第三反应器(3)为底部开口的中空腔体、所述第一反应器(1)的顶部和底部分别设置有上风罩(5)、下风罩(6)，形成封闭的空间；所述第一反应器(1)、第二反应器(2)、第三反应器(3)内均设置有催化剂层，所述第二反应器(2)的顶部设置有烟气气体输送管(4)，所述第二反应器(2)、第一反应器(1)分别与氮气气体储罐(7)相连，所述第三反应器(3)与一氧化碳送气装置(9)相连，所述第三反应器(3)顶端设置有气体出口(17)。
2.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，所述第一反应器1与第二反应器(2)之间分别设置有第一开关(12)、第二开关(13)。
3.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，所述烟气气体输送管(4)为双筒式环形套管，优选的，双筒式环形套管内外分别为烟气进口和烟气出口。
4.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，所述下风罩(6)设置有积灰装置(16)。
5.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，催化剂层上设置有除灰装置(10)。
6.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，所述第一反应器(1)侧壁上设置有观测口(11)。
7.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，所述第三反应器(3)内的催化剂层中，催化剂由碳载体和活性金属组成，优选的，碳载体为活性焦或活性炭，所述活性金属为Cu、Fe、Ce、V、Co、Mn中的一种或多种催化剂；
或，第一反应器(1)、第二反应器(2)采用活性炭基掺杂CeOx/AC催化剂，优选的，在掺杂6～8％的CeOx/AC，更优选的，掺杂7％的CeOx/AC。
8.如权利要求1所述的套筒式氨气和CO联合脱硝系统装置，其特征在于，所述第二反应器(2)或第一反应器(1)与氮气气体储罐(7)之间还设置有氨气喷淋装置(8)。
9.一种套筒式氨气和CO联合脱硝方法，其特征在于，包括：
采用权利要求1-8任一项所述的装置对烟气进行处理；
将烟气导入第二反应器(2)，或第二反应器(2)与第一反应器(1)中，进行SCR脱硝反应；
反应后的烟气再进入到第三反应器(3)，以CO为还原剂进行催化脱硝，即得。
10.权利要求1-8任一项所述的装置在烟气处理领域中的应用。
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