CN114130190A - 一种含氨废气的节能洁净处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含氨废气的节能洁净处理方法，包括以下步骤：A、在微型流化反应装置的下部床层上放置催化剂，将含氨废气通入使催化剂处于湍动流化状态；B、通过反应器加热系统为微型流化反应装置持续加热；C、达到含氨废气的起燃流量及完全转化时的温度后，含氨废气在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，关闭电源，催化燃烧反应自持进行；D、反应产物通过气体除水装置进入气相色谱‑质谱联用仪检测气体成分，检测合格的气体通过管道直接排入空气。本发明利用催化剂能使得含氨废气催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量的特性，合理设计了反应工艺，只需引燃便可自持燃烧，起燃迅速，反应过程不需要额外增加助燃气体和辅助热源，工艺简单，能耗低，含氨废气转化率高。
Description
技术领域
本发明涉及含氨废气处理技术领域，具体涉及一种含氨废气的节能洁净处理方法。
背景技术
氨气(NH3)是常见的空气污染物之一，石油化工及各行业排放的废气中常混有氨气。作为大气中唯一的碱性气体，对当前的大气中霾污染具有重要的推助作用，其与大气中的氮氧化物或二氧化硫生成硝酸铵盐或硫酸铵盐，这些无机颗粒物是大气中PM10和PM2.5的重要组成成分；氨气在重污染天气里具有爆发效应。将废气中的氨浓缩后直接火焰燃烧是目前氨处理的主流方法，但因其存在主要的三个问题：1、点火能量很高，难以有效地点火，常需要强化点火。2、氨的反应活性低，稳燃性差，导致其难以单独作为燃料有效利用。3、氨的火焰燃烧会产生大量的NOx，造成环境污染。
中国专利(授权公告号为：CN107676798B)公开了一种含氨废气焚烧炉及利用其焚烧含氨废气的方法，具体公开了以下内容：通过中控台监测烟气中氮氧化物的含量及各阶段温度，合理调控助燃空气、一次含氨废气、中心气枪燃气、环形汽包枪燃气、氮气以及二次含氨废气等的送入量，使焚烧工艺可以根据含氨废气组分的变化和烟气中氮氧化物的含量灵活的选用一步法工况或二步法工况，确保烧尽氨气，并且尽量减少氮氧化物的生成量。但是该方法处理含氨废气仍需要较高的温度和停留时间，能耗仍比较大，处理成本高。
发明内容
本发明针对上述技术问题提供一种含氨废气的节能洁净处理方法，利用催化剂能使得含氨废气催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量的特性，合理设计了反应工艺，只需引燃便可自持燃烧，起燃迅速，反应过程不需要额外增加助燃气体和辅助热源，工艺简单，能耗低，含氨废气转化率高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含氨废气的节能洁净处理方法，包括以下步骤：
A、在微型流化反应装置的下部床层上放置催化剂，将含氨废气通过气体动力系统加压后通入微型流化反应装置使催化剂处于湍动流化状态；
B、通过反应器加热系统为微型流化反应装置持续加热；
C、达到转化温度后，含氨废气在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，关闭电源，催化燃烧反应在自持状态下进行；
D、反应产物通过气体除水装置进入气体检测系统检测气体成分，检测合格后，气体通过管道直接排入空气。
进一步，所述的含氨废气中氨气的体积百分比为1～5％。
进一步，所述的催化剂能使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量。
进一步，所述的催化剂为Cu-Ce体相颗粒催化剂、Cu-Ce负载型催化剂或者Cu-Ce氧化物催化剂。
进一步，所述的催化剂的粒径为0.2～1mm。
进一步，所述的转化温度为200℃～400℃。
进一步，所述的气体动力系统包括吸气装置和压缩装置组成，当含氨废气的流速大于或等于微型流化反应装置的最小流化速度时，吸气装置处于停机状态；否则，吸气装置吸收空气，以保证空气流量和含氨废气的混合气体流速达到微型流化反应装置的最小流化速度。
进一步，所述的微型流化反应装置为垂直式流化反应器。
进一步，所述的气体检测系统为气相色谱-质谱联用仪。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1.本发明利用微型流化反应器具有均匀的温度分布、更好的传热率、充分的气固接触、更少的结块和抑制外部扩散的特点，将其与催化剂结合用于处理含氨废气，调整含氨废气的流速，使其在微型流化床内形成高效流化状态，提高了催化剂的有效活性，使含氨废气发生高效、彻底的催化燃烧反应，从而提高NH3→N2的转化率，并解决了催化剂结块和床层堵塞导致的腔压增加，扩大了床层产生的热点区域，也避免了催化剂中活性金属纳米颗粒的烧结。
2.Cu-Ce体系的催化剂在整套处理方法中扮演重要作用，其具有足够的活性氧浓度位点，能够使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量，从而降低了起燃温度，使得体系的温度到达起燃温度后，在不提供外界热源的情况下，催化燃烧反应仍能在自持状态下持续进行；催化燃烧具有较高的N2选择性，氨气和催化剂之间的协同作用可以使NOx的排放大幅度降低。
3.本发明流化状态联合催化的协同作用，引燃过程迅速、有效，与传统的引燃方法相比，大大缩短了处理时间。微型流化反应器内一旦发生氨自持燃烧现象即可关闭电源，在外界不需要提供任何热源的情况下自持燃烧可以一直持续下去，减少了加热装置所消耗的电能，有效降低了运行成本。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明进行详细描述。
分别采用实施例1～3及对比例1～3的方法处理含氨废气，反应过程中实时检测温度和气体成分，记录开始转化时的温度T1，完全转化时的温度T2；并计算N2选择性和NH3转化率，计算公式如下：
其中，CN2为反应前N2的浓度，mg/m3；
C'N2为反应后N2的浓度，mg/m3；
CNH3为反应前NH3的浓度，ppm；
C'NH3为反应后NH3的浓度，ppm。
实施例1
一种含氨废气的节能洁净处理方法，包括以下步骤：
A、在内径为18mm，厚度为1.5mm，上下石英层有效长度为30mm的垂直式流化石英管反应器的下部床层上放置粒径为0.2mm的CuO-CeO2-ZrO2催化剂；将氨气含量为1％的含氨废气(10％O2+89％N2)通过气体动力系统加压后通入反应器使催化剂床层膨胀，催化剂处于流化状态，控制流量为2L/min；所述的气体动力系统包括吸气装置和压缩装置组成，含氨废气的流速为1000mL/min，达到反应器的最小流化速度，不需要补充流量，吸气装置处于停机状态；
B、通过加热系统为反应器持续加热，升温速率为10℃/min；
C、达到220℃后，含氨废气在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，关闭电源，由于催化剂能使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量并且降低了起燃温度，催化燃烧反应在自持状态下进行；
D、反应产物通过气体除水装置进入气相色谱-质谱联用仪检测气体成分，检测合格的气体通过管道直接排入空气。
将上述处理后的废气进行检测，获得的结果如表1所示。
表1实施例1的参数及处理后的尾气性能指标
| 性能 | 起燃温度/T<sub>1</sub> | 转化率/％ | 氮氧化物含量 | 氮气选择性/％ |
| 参数 | 260℃ | 99％ | <10ppm | 99.7％ |
对比例1
基本步骤与实施例1相同，不同之处在于，采用固定式反应床自持催化燃烧含氨废气，催化剂发挥作用只存在于床层前端，床层后端催化燃烧作用不足。将上述处理后的废气进行检测，获得结果如下表2所示。
表2对比例1的参数及处理后的尾气性能指标
| 性能 | 起燃温度 | 转化率 | 氮氧化物含量 | 氮气选择性 |
| 参数 | 320℃ | 98％ | >100ppm | 98.5％ |
结合表1和表2可知，采用实施例1的方法处理含氨废气时，其转化率、氮气选择性均高于对比例1；同时氮氧化物排放量远远低于对比例1，并且实施例1能够维持自持流化状态，减少了加热装置所消耗的电能。
实施例2
一种含氨废气的节能洁净处理方法，包括以下步骤：
A、在内径为18mm，厚度为1.5mm，上下石英层有效长度为30mm的垂直式流化石英管反应器的下部床层上放置粒径为0.2mm的CuO-CeO2-ZrO2催化剂；将氨气含量为3％的含氨废气(10％O2+87％N2)通过气体动力系统加压后通入反应器使催化剂床层膨胀，催化剂处于湍动流化状态，控制流量为2L/min；所述的气体动力系统包括吸气装置和压缩装置组成，含氨废气的流速为900mL/min，未达到反应器的最小流化速度，吸气装置吸收空气，以保证空气流量和含氨废气的混合气体流速达到反应器的最小流化速度；
B、通过反应器加热系统为反应器持续加热，升温速率为10℃/min；
C、达到195℃后，含氨废气在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，关闭电源，由于催化剂能使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量，催化燃烧反应自持进行；
D、反应产物通过气体除水装置进入气相色谱-质谱联用仪检测气体成分，检测合格的气体通过管道直接排入空气。
将上述处理后的废气进行检测，获得的结果如表3所示。
表3实施例2的参数及处理后的尾气性能指标
| 性能 | 起燃温度 | 转化率 | 氮氧化物含量 | 氮气选择性 |
| 参数 | 290℃ | 99.1％ | <10ppm | 99.2％ |
对比例2
与实施例2基本相同，唯有不同的是，含氨废气未通过气体动力系统加压，直接通入反应器，催化剂未处于湍动流化状态。
将上述处理后的废气进行检测，获得的结果如表4所示。
表4对比例2的参数及处理后的尾气性能指标
| 性能 | 起燃温度 | 转化率 | 氮氧化物含量 | 氮气选择性 |
| 参数 | 310℃ | 71％ | >1000ppm | 68％ |
结合表3和表4可知，采用实施例2的方法处理含氨废气，当含氨废气的气体流量不够流化装置的最小流化速度时，气体加压装置补充流速，使其满足最小流化速度，转化率、氮气选择性均高于对比例2；同时氮氧化物排放量远远低于对比例2，并且实施例2能够维持自持流化状态，减少了加热装置所消耗的电能。
实施例3
一种含氨废气的节能洁净处理方法，包括以下步骤：
A、在内径为18mm，厚度为1.5mm，上下石英层有效长度为30mm的垂直式流化石英管反应器的下部床层上放置粒径为0.3mm的CuO-CeO2-SSZ-13催化剂，将氨气含量为5％的含氨废气(10％O2+85％N2)通过气体动力系统加压后通入反应器使催化剂床层膨胀，催化剂处于湍动流化状态，控制流量为2L/min；所述的气体动力系统包括吸气装置和压缩装置组成，含氨废气的流速为2L/min，大于反应器的最小流化速度，不需要补充流速，吸气装置处于停机状态；
B、通过反应器加热系统为反应器持续加热，升温速率为10℃/min；
C、达到190℃后，含氨废气在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，关闭电源，由于催化剂能使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量并且降低了起燃温度，催化燃烧反应在自持状态下进行；
D、反应产物通过气体除水装置进入气相色谱-质谱联用仪检测气体成分，检测合格的气体通过管道直接排入空气。
将上述处理后的废气进行检测，获得的结果如表5所示。
表5实施例3的参数及处理后的尾气性能指标
| 性能 | 起燃温度 | 转化率 | 氮氧化物含量 | 氮气选择性 |
| 参数 | 290℃ | 99％ | <20ppm | 99.1％ |
对比例3
与实施例3基本相同，唯有不同的是，垂直式流化石英管反应器的下部床层上放置的是纯CeO2系催化剂，升温装置加热到到达500℃后停止加热，含氨废气无法维持转化率不变，逐渐开始降温。
将上述处理后的废气进行检测，获得的结果如表6所示。
表6实施例3的参数及处理后的尾气性能指标
| 性能 | 起燃温度 | 转化率 | 氮氧化物含量 | 氮气选择性 |
| 参数 | / | <10％ | >8000ppm | <10％ |
结合表5和表6可知，采用实施例3的方法处理含氨废气时，其转化率、氮气选择性均高于对比例1；同时实施例3的氮氧化物排放量远远低于对比例3，并且能够维持自持流化状态，减少了加热装置所消耗的电能。
由实施例1～3和对比例1～3的对比可知，固定式反应床、未达到反应器最小流速的含氨废气流速，均无法使得催化剂和含氨废气形成流化状态，因而无法提高催化剂的有效活性，使得含氨废气发生催化燃烧反应；而不含Cu-Ce体系的催化剂不具备足够的活性氧浓度位点，无法使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量，因而含氨废气无法发生催化燃烧反应，更无法在自持状态下持续的进行催化燃烧反应。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在微型流化反应装置的下部床层上放置催化剂，将含氨废气通过气体动力系统加压后通入微型流化反应装置使催化剂处于湍动流化状态；
B、通过反应器加热系统为微型流化反应装置持续加热；
C、达到转化温度后，含氨废气在催化剂的作用下发生催化燃烧反应，关闭电源，催化燃烧反应在自持状态下进行；
D、反应产物通过气体除水装置进入气体检测系统，检测合格后气体通过管道直接排入空气。
2.根据权利要求1所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的含氨废气中氨气的体积百分比为1～30％。
3.根据权利要求1所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的催化剂能使得催化燃烧反应释放的热量大于吸收的热量。
4.根据权利要求3所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的催化剂为Cu-Ce体相颗粒催化剂、Cu-Ce负载型催化剂或者Cu-Ce氧化物催化剂。
5.根据权利要求1～4任一项所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的催化剂的粒径为0.2～1mm。(粒径范围很窄，如果气流速度增加，粒径可以增加) 。
6.根据权利要求1所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的转化温度为200℃～400℃。
7.根据权利要求1所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的气体动力系统包括吸气装置和压缩装置组成，当含氨废气的流速大于或等于微型流化反应装置的最小流化速度时，吸气装置处于停机状态；否则，吸气装置吸收空气，以保证空气流量和含氨废气的混合气体流速达到微型流化反应装置的最小流化速度。
8.根据权利要求1所述的含氨废气的节能洁净处理方法，其特征在于：所述的微型流化反应装置为垂直式流化反应器。
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Citations (6)
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| US4019316A (en) * | 1971-05-13 | 1977-04-26 | Engelhard Minerals & Chemicals Corporation | Method of starting a combustion system utilizing a catalyst |
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2021
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