CN116322944A - 不注入还原剂而减少固定源废气中的二氧化氮的方法 - Google Patents
不注入还原剂而减少固定源废气中的二氧化氮的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116322944A CN116322944A CN202180060235.8A CN202180060235A CN116322944A CN 116322944 A CN116322944 A CN 116322944A CN 202180060235 A CN202180060235 A CN 202180060235A CN 116322944 A CN116322944 A CN 116322944A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- exhaust gas
- nitrogen dioxide
- present disclosure
- catalyst
- reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 title claims abstract description 54
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 126
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 57
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 35
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 29
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 13
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 7
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 173
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 24
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 22
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 10
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 8
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 and thus Natural products 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/86—Catalytic processes
- B01D53/8621—Removing nitrogen compounds
- B01D53/8625—Nitrogen oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
- B01D53/9418—Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/20—Reductants
- B01D2251/202—Hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/20—Reductants
- B01D2251/204—Carbon monoxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/20—Reductants
- B01D2251/208—Hydrocarbons
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/10—Noble metals or compounds thereof
- B01D2255/104—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2255/00—Catalysts
- B01D2255/20—Metals or compounds thereof
- B01D2255/207—Transition metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/40—Nitrogen compounds
- B01D2257/402—Dinitrogen oxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/40—Nitrogen compounds
- B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/02—Other waste gases
- B01D2258/0283—Flue gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
通过本公开提供了一种通过使用选择性催化还原法(SCR)而不注入还原剂以减少固定源的废气中的二氧化氮的方法,该方法包括以下步骤:(a)提供在固定源中产生的废气,其中废气包括CO,H2和烃中的至少一种;(b)使废气与催化剂接触,以减少废气中的二氧化氮;以及(c)将经过步骤(b)的废气排放到空气中。
Description
技术领域
本公开涉及一种减少从固定排放源产生的废气中的二氧化氮的方法。更具体地,本公开涉及一种不注入额外还原剂而使用选择性催化还原(SCR)法以减少从固定排放源产生的废气中的二氧化氮的方法。
背景技术
氮氧化物(NOX),是指一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮等,其一般包含在废气中,是造成环境污染的代表性物质之一。近来,通过改变工艺条件等以满足严格的环境标准,废气排入大气需要调整氮氧化物含量以满足允许的废气标准。然而,即使废气中的氮氧化物含量满足允许的废气标准,也存在一个问题,即当废气中的二氧化氮超过约15ppm时,可能会出现黄色烟羽(yellow plume)现象。由于黄色烟羽的问题造成严重的可见污染,从而对附近的人产生心理影响,因此有必要防止这样的黄色烟羽。为了防止黄色烟羽的产生,需要一种能够减少废气中二氧化氮的技术。
在现有的为减少二氧化氮而开发的设备中,必然需要注入还原剂以还原二氧化氮。然而,由于每次还原二氧化氮时都需要注入大量的还原剂,因此存在着持续运营成本的问题。此外,在设计工厂时,必须事先考虑注入还原剂的设备,因此,出于该考虑,存在着发生安装费用的问题。
在用于减少二氧化氮的SCR方法中,通常注入氨或尿素作为还原剂。然而,使用这些还原剂存在一个问题,即会产生例如未反应的氨和氨逃逸(ammonia slip)现象的副产品。氨被视为细粉尘的主要成因之一,鉴于环境法规,最近氨的排放量受到严格限制。
同时,HC-SCR已知是一种能够通过使用烃作为还原剂来减少NOX的技术,并被用于减少来自移动排放源的NOX。然而,对于固定排放源(如工厂、发电厂等),从固定排放源排出的废气与从移动排放源(如汽车等)排出的废气相比,O2的含量更高,因此,一氧化氮(NO)更容易被氧化,从而在减少NOX方面效率较低。此外,与从移动排放源排出的废气不同,从固定排放源排出的废气中烃(HC)的含量很少或没有,其中HC被用作HC-SCR的还原剂,因此存在需要单独提供HC从而将NOX降低到所期望水平的问题。此外,HC-SCR在减少NOX方面的效率还没有超过NH3-SCR的效率。此外,到目前为止,HC-SCR在减少固定排放源的NOX方面的应用还没有被积极实施。此外,减少黄色烟羽的技术,即将HC-SCR应用于固定排放源以减少由二氧化氮引起的黄色烟羽的技术,至今还不为人所知。
相关领域的文献
[专利文献]
(专利文献1)KR0136893 B1
(专利文献2)JP2008-238069A
发明内容
技术问题
本公开的发明人发现了使用烃作为还原剂以减少固定排放源的二氧化氮的优点,并得到了本发明。因此,本公开的一个方面是提供一种减少固定排放源产生的废气中的二氧化氮的方法,该方法使用选择性催化还原(SCR)法而不需要单独注入还原剂。
技术方案
为了实现本公开的目标,提供了一种不注入还原剂而是使用选择性催化还原(SCR)法来减少废气中的二氧化氮的方法,该方法包括:(a)提供从固定排放源产生的废气,其中该废气包括CO、H2和烃中的至少一种;(b)通过使废气与催化剂接触来减少废气中的二氧化氮;以及(c)将减少了二氧化氮的废气排放到大气中。
根据本公开的一个实施方式,废气中的NO2/NOx比率可以等于或大于0.3。
根据本公开的一个实施方式,烃可以包括异链烷烃、正链烷烃、芳香烃、烯烃或醇。
根据本公开的一个实施方式,当废气中存在CO、H2或烃时,CO的含量可以是50ppm或以上,H2的含量可以是500ppm或以上,或者烃的含量可以是30ppm或以上。
根据本公开的一个实施方式,(b)可以在反应器中进行,其中催化剂可以固定在反应器中,并且其中减少废气中的二氧化氮可以进一步包括(d)向反应器中供应废气,其中废气的温度可以是300℃至500℃,并且废气可以以20,000h-1至40,000h-1的空间速度供应至反应器。
根据本公开的一个实施方式,催化剂可以包括过渡金属。
根据本公开的一个实施方式,在排放的废气中,二氧化氮的含量可以是12ppm或更少。
有益效果
通过使用本公开的减少二氧化氮的方法,可以有效地除去从固定排放源产生的废气中的二氧化氮。因此,通过将废气中的二氧化氮含量降低到小于15ppm可能可以防止黄色烟羽的产生。
此外,由于本公开的减少二氧化氮的方法不使用氨作为还原剂,所以不存在使用氨造成的问题。此外,由于本公开的方法使用存在于废气中的组分,所以不需要向废气中注入单独的还原剂,因此,考虑到注入还原剂的成本,还具有经济上的优势。此外,由于使用CO和属于有害物质的挥发性有机化合物(VOC)的烃作为还原剂,有可能进一步减少排入大气的VOC的含量,因此在生态友好方面具有优势。
附图说明
图1显示的图表说明了在实验室测试中进行的,根据催化剂中银(Ag)浸渍量的二氧化氮(NO2)和氮氧化物(NOX)的转化率的比较实验结果。
图2-5显示的图表说明了在实验室测试中进行的,根据还原剂类型和浓度的NO2和NOX的转化率的比较实验结果。
图6和图7的图表说明了在实验室测试中进行的,根据废气空间速度的NO2和NOX的转化率的比较实验结果。
图8的图表说明了在实验室测试中进行的,根据废气中NO2/NOX浓度差异的NO2和NOX的转化率的比较实验结果。
图9显示的图表说明了在中试试验中进行的反应器前段废气的趋势。
图10显示的图表说明了在中试试验中进行的反应器后段废气的趋势。
图11显示的图表说明了在中试试验中进行的,根据空间速度的氮氧化物的减少率。
图12显示的图表说明了在中试试验中进行的,根据温度的氮氧化物的减少率。
图13显示的图表说明了实验室测试结果和中试测试结果的比较。
最佳实施方式
本公开的目标、具体优点和新颖特征将从以下详细描述和与附图相关的优选实施方式中变得更加明显,但本公开不一定限于此。此外,在本公开的描述中,应注意,当与本公开相关的已知技术可能使本公开的要点不明确时,将省略其详细描述。
在本公开中,术语二氧化氮的"降低"、"除去"、"转化"、"减少"是指降低废气中的二氧化氮含量,并且相互之间具有相同的含义。因此,这些表述在本公开中可以互换使用。
在本公开中,术语"NOX"是指总氮氧化物,至少应注意,在本公开中,减少氮氧化物和减少二氧化氮具有明显不同的目的。
在本公开中,提供了一种不注入还原剂而使用选择性催化还原(SCR)法以减少固定排放源废气中二氧化氮的方法。在本公开中,固定排放源可以包括发电厂、工厂等。更具体地,本公开中的固定排放源可以是实施工艺的工厂,其中烃化合物可以是该工艺的反应物和/或产品。例如,该工艺可以是石化工艺,如低级烃的脱氢工艺和烯烃生产工艺。如后文所述,由于本公开的减少二氧化氮的方法能够使用烃作为还原剂,因此将本公开的方法应用于包括烃作为反应物和/或工艺产物的工艺可能更为有利。
本公开的方法不使用氨或尿素作为还原剂。根据本公开,由于废气中的一种或多种特定组分可作为还原剂,本公开的方法不一定需要注入单独的还原剂。因此,有一个优势是在最初设计固定排放源时,不需要考虑注入还原剂的装置。此外,可以避免每次减少二氧化氮所要注入的大量还原剂,因此具有的优势是不需要担心由还原剂的使用而出现的成本问题。
本公开的方法包括提供从固定排放源产生的废气。本公开的废气来自固定排放源,其中废气优选来自将烃作为反应物和/或产品的固定排放源。因此,该废气在组成上与来自移动排放源(如汽车等)的废气不同。例如,来自移动排放源(在柴油机燃烧时产生)的废气的组成可以是:N2 67mol%,CO2 12mol%,H2O 11mol%,O2 9mol%。在另一方面,来自固定排放源,如丙烷脱氢(PDH)工艺的废气组成可以是:N2 75至85mol%,CO2 1.5mol%或更少,H2O 5至10mol%,O2 17至19mol%。来自移动排放源的废气和来自固定排放源的废气之间的一个主要区别是O2的含量。由于来自固定排放源的废气具有较高的O2含量,废气中的一氧化氮(NO)很容易被氧化,因此存在一个问题,即很难进行作为还原反应的NOX去除。此外,与来自移动排放源的废气中的NOX还原相比,来自固定排放源的废气中的NOX还原是在非常高的处理流量下进行的,因此,很难期望通过简单地将移动排放源的NOX减少技术应用于固定排放源的NOX减少技术来达到良好的减少率。
同时,与来自移动排放源的含有超过环境规定范围的NOX的废气不同,根据本公开的一个实施方式,来自固定排放源的废气可以是含有环境规定范围内的NOX的废气。因此,对于来自固定排放源的废气,处理过程可以只集中在NOX中的二氧化氮(NO2)上,其中NO2是产生作为可见烟雾的黄色烟羽的主要原因。
当二氧化氮被排放到大气中时,废气中的二氧化氮会产生可见烟雾。由于可见烟雾的产生取决于气体中二氧化氮的浓度,一般来说,当废气中含有15ppmv或更多的NO2时,会出现可见烟雾。因此,根据本公开的一个实施方式,废气中NO2的含量可以是15ppm或更多。例如,废气中NO2的含量可以是15ppm或更多,20ppm或更多,25ppm或更多,30ppm或更多,35ppm或更多,40ppm或更多,45ppm或更多,50ppm或更多,55ppm或更多,或60ppm或更多。根据本公开的另一个实施方式,废气中NO2的含量可以是约15ppmv至约70ppmv。
在本公开中,废气可包括二氧化氮和(单)一氧化氮。在本公开中,更注重将二氧化氮还原为一氧化氮和/或氮气,而不是将一氧化氮还原为氮气,因此,本公开的方法对于在总氮氧化物中具有相对较高含量的二氧化氮的废气可能更加有效。根据本公开的一个实施方式,废气中的NO2/NOx比率可以等于或大于0.3。
在此,废气可包括CO、H2和烃中的至少一种。在本发明中,CO、H2和烃中的每一种都可以独立地发挥还原剂的作用,或者通过相互混合发挥还原剂的作用。根据本公开的一个实施方式,当CO存在于废气中时,CO的含量可以等于或大于50ppm。根据本公开的另一个实施方式,当废气中存在H2时,H2的含量可以等于或大于500ppm。根据本公开的另一个实施方式,当废气中存在烃时,烃的含量可以等于或超过30ppm。当CO、H2和烃的各含量低于上述含量时,就会存在一个问题,即各组分在二氧化氮的还原反应中不能有效地发挥还原剂的作用。各组分的最大值没有特别的限制,除非各组分超过了环境管理值。根据本公开的另一个实施方式,还原剂的总量与废气中NOX的总量之比可以是至少1:1。
在本公开中,烃是指包括碳和氢的化合物。在本公开内容中,只要烃来自固定排放源的反应过程,就没有特别限制。例如,烃可以包括异链烷烃、正链烷烃、芳香烃、烯烃或醇。考虑到与废气中NO2的反应性,烃可以包括烯烃或醇。在烯烃生产工艺(如PDH工艺)中,废气中可含有烯烃作为废气中的烃类。更具体地,在PDH工艺中的催化剂再生过程中产生的废气中含有极少量的丙烯,因此,在本公开的方法中,烃可作为还原剂使用。
本公开的方法包括通过使废气与催化剂接触来还原废气中的NO2。通过使废气与催化剂接触来还原废气中的NO2的步骤可以在反应器中进行,其中催化剂可以固定在反应器中。根据本公开的一个实施方式,反应器可以是固定排放源的任何一个现有设备,只要其能够允许废气被引入并通过其排放,并且能够允许催化剂安装在其内部,就没有特别的限制。根据本公开的另一个实施方式,反应器可以独立地增设在固定排放源的现有设备之间,该反应器作为只用于减少NO2和NOX的反应器。
本公开的NO2的还原在如后面所述的温度范围内是有效的,本公开的NO2的还原可以不需要单独的热交换装置,因此,将反应器安装在废气温度与特定温度范围对应的位置可能是优选的。例如,在PDH工艺中,反应器可以是废热锅炉(WHB),其中引入的废气温度约为370℃至410℃。换言之,通过在WHB中布置本公开的催化剂,WHB可以作为本公开的反应器发挥作用。
本公开的还原NO2的方法进一步包括在反应器中供应废气。如上所述,当根据废气确定反应温度时,在反应器中供应的废气温度可以是约350℃至约500℃,优选约360℃至约450℃,更优选370℃至410℃。通过将反应器安装在满足上述温度的废气在固定排放源中流动的位置,不需要单独的换热装置,因此其优点是不仅在最初设计固定排放源时能够降低安装成本,而且在将本公开的SCR设备添加到已经安装的固定排放源时也能够降低安装成本。
在本公开的反应器中供应废气时,废气可以以约20,000h-1至约90,000h-1的空间速度(SV)供应。优选地,废气可以以约30,000h-1至79,000h-1的空间速度供应。更优选地,废气可以以大约30,000h-1或更高至小于79,000h-1的空间速度供应。当空间速度小于上述范围时,还原反应所需的催化剂量增加,因此安装催化剂的空间,即反应器的尺寸增加。因此,存在着由于反应器的尺寸增加和使用的催化剂量增加而导致成本增加的问题。还有一个问题是,根据催化剂量的二氧化氮的还原率的效率很低,即所谓的成本效益差。另一方面,当空间速度超过上述范围时,每份催化剂需要处理的废气量过大,因此存在着二氧化氮减少率下降的问题。
同样,如上所述,在本发明中,催化剂可以固定在反应器中。在本公开中,只要催化剂是SCR催化剂,能够促进本公开的废气中的组分之间的反应,就没有特别限制。换句话说,该催化剂可以是SCR催化剂,其能够通过利用废气中的CO、H2和烃中的至少一种来促进废气中的二氧化氮的还原反应。
例如,该催化剂可以是离子交换沸石催化剂、贵金属催化剂或过渡金属催化剂。在贵金属催化剂中,贵金属可以是钯、铂、铑、钌、铱、锇等。离子交换沸石催化剂的优点是在相对较宽的操作温度窗口下具有较高的活性,但也存在由于水热稳定性低催化剂容易失活问题。此外,贵金属催化剂的优点是在低温度范围内,如大约250℃或更低的温度下具有高活性,但它在较窄的操作温度窗口下具有活性,并且存在催化剂在还原二氧化氮方面的选择性不太大的问题。
另一方面,过渡金属催化剂的优点在于其具有很好的水热稳定性,具有适当的耐硫和耐水性。此外,过渡金属催化剂能够根据金属负载、煅烧温度、制造方法等不同情况调整脱NOX性能,因此过渡金属催化剂能够在较宽的工作温度窗口下具有高活性,并且还能够比贵金属催化剂具有更优异的二氧化氮选择性。根据本公开的一个实施方式,过渡金属催化剂可以包括Cr、Mn、Fe、Co、Ce、Ni、Cu、Zn、Ga、Mo、Ag、In、Sn、Re,或其组合。优选地,过渡金属催化剂可以包括Ag、Co、Cu或其组合。更优选地,本公开的过渡金属催化剂可以包括Ag。
根据本公开的一个实施方式,催化剂可由载体支撑。该载体没有特别的限制,只要其能起到支撑催化剂的作用,并且也不会抑制本公开的催化剂的性能。例如,在本公开内容中,可以使用Al2O3或TiO2作为载体。优选地,在本公开中,载体可以是Al2O3。
根据本公开的一个实施方式,催化剂包括过渡金属,过渡金属的含量可以是基于催化剂总重量的1重量%至5重量%。当过渡金属的含量低于1重量%时,可能存在的问题是含量太低,无法发挥催化剂的作用,而当过渡金属的含量超过5重量%时,可能存在的问题是,由于载体中携带的过渡金属量过多,与催化剂的性能相比,成本过度增加。
根据本公开的另一个实施方式,当在废气处于约370℃至约410℃的温度范围内进行还原时,催化剂可包括Ag,基于催化剂的总重量,可包括约2重量%至约3重量%的Ag。更优选地,可包括约2.5重量%至约3重量%的Ag,甚至更优选约2.5重量%以上至约3重量%,最优选约3重量%。含小于上述范围的Ag的催化剂作为催化剂的功能性较差,而含大于上述范围的Ag的催化剂存在一个问题,即在废气的温度范围内,氧化本公开的还原剂的趋势大于还原二氧化氮的趋势。此外,在Ag的优选含量范围内,当Ag的含量为2.5wt%或更少时和当Ag的含量超过2.5wt%时,NOX的还原率几乎没有差别,但当Ag的含量超过2.5wt%时,NO2的还原率更好,因此,Ag的含量超过2.5wt%的催化剂是本公开更优选的催化剂。
本公开的方法包括将经过废气中的二氧化氮还原步骤的废气排放到大气中。该废气通过烟囱排入大气。此时,排出的废气中的二氧化氮含量可低于15ppm,优选12ppm或更少,更优选10ppm或更少,甚至更优选9ppm或更少。通过将废气中的二氧化氮含量降低到上述数值,可能可以实现本公开的防止产生黄色烟羽的目的。
根据本公开的一个实施方式,相对于在本公开的方法中提供的初始废气中的二氧化氮含量,在排放废气时废气中减少的二氧化氮含量可以是约75%或更多,约85%或更多,优选86%或更多,更优选90%或更多。
下面,将通过以下实施例来更好地理解本公开的内容,这些实施例只是为了说明本公开的内容,但不能理解为对本公开的范围的限制。
实施例
1.实验室测试
在实验室规模上,如后所述,通过改变条件测试废气中NOX和NO2的转化率。使用Ag/Al2O3作为催化剂,将废气以60,000h-1的空间速度引入反应器,并将反应器前段中的O2、NO2和NO的各含量分别调整为约17.9mol%、75ppm和11ppm。
(1)根据Ag的浸渍量进行转化率的比较
通过改变布置在反应器中的催化剂中的Ag浸渍量为2.5wt%和3.0wt%,然后测试NOX和NO2的转化率。此外,通过改变废气中作为还原剂的丙烯的浓度为300ppm和500ppm来进行试验。试验结果示于图1。
参照图1,可以看出,当Ag的浸渍量为3.0wt%时,NO2的转化率较高,但可以看出NOX的转化率差别不大。同时,没有观察到由副反应形成的N2O。
(2)根据还原剂的类型和浓度进行转换率的比较
将废气中存在的CO、H2和烃中的其中一种作为废气中唯一的还原剂,进行转换率测试。
1)还原剂:仅有CO
通过改变废气中作为还原剂的CO的浓度为50ppm、150ppm和300ppm,以及改变废气的温度为380℃和400℃来测试转化率。空间速度被设定为30,000h-1,废气中不包括H2和烃。试验结果如图2所示。
2)还原剂:仅有H2
该试验是通过用H2替换CO作为还原剂来进行的。除了改变H2的浓度为500ppm、1000ppm、2000ppm和3500ppm,进行了与1)还原剂:仅有CO相同的程序。试验结果如图3所示。
3)还原剂:仅有丙烯
该试验是通过用丙烯替换CO作为还原剂来进行的。除了改变丙烯的浓度为30ppm、100ppm、200ppm、300ppm和500ppm,进行了与1)还原剂:仅有CO相同的程序。试验结果如图4所示。
4)还原剂:CO-H2-C3H6混合物
该试验是通过将CO、H2和丙烯作为还原剂来进行的。除了改变CO-H2-C3H6的浓度为50-500-30ppm、150-2000-200ppm和300-3500-500ppm外,进行了与1)还原剂:仅有CO的相同程序。试验结果如图5所示。
(3)根据废气的空间速度比较转化率。
1)还原剂:仅有丙烯
除了空间速度改为60,000h-1外,进行了与(2)-3)还原剂:丙烯相同的程序,其中丙烯的浓度变化为300ppm和500ppm。对空间速度为60,000h-1时的结果和空间速度为30,000h-1时的结果进行了比较,比较结果如图6所示。
2)还原剂:CO、氢气和丙烯混合物
除了空间速度变化为60,000h-1和90,000h-1外,进行了与(2)-4)还原剂:CO-H2-C3H6混合物中相同的程序,其中CO-H2-C3H6的浓度为50-500-30ppm。当空间速度分别为30,000h-1、60,000h-1和90,000h-1时的比较结果如图7所示。
(4)根据NO2/NOX的不同比较转化率。
废气中NO2/NOX的浓度改变为50/0ppm,30/20ppm,和0/50ppm。废气中包括200ppm的氢气作为还原剂。空间速度设定为60,000h-1,通过改变废气的温度为380℃和400℃来进行测试。试验结果如图8所示。
2.中试测试:
根据上述的实验室测试结果,通过扩大规模到现场规模(field scale)来进行中试测试。PDH工艺中的废热锅炉(WHB)被用作催化反应器,并且在反应器中布置了Ag/Al2O3催化剂,其中含有大约3wt%的Ag。该试验是在比通常适用于NH3-SCR的条件更苛刻的条件下进行的(温度更低,空间速度更高)。试验的具体条件如下表1所示。
[表1]
供应至反应器的废气流速由连接到WHB前管的支管蝶阀控制,反应器内的温度通过使用电加热器稳定。
(1)测量数据的趋势
通过使用分析仪(NOVA 9K,由DAEHYUN环境公司制造),测量反应器前段和后段各还原剂、NO2和NOX的浓度。
1)反应器前段的趋势
在反应器前段,空间速度被控制在79,000h-1,温度测量为384℃。这时,由分析仪测得的反应器前段的趋势示于图9。参照图9,可以看出,废气中各组分的浓度变化的周期约为三分钟。
2)反应器后段的趋势
在相同的空间速度和相同的温度控制下,以与反应器前段相同的方式对反应器后段的趋势进行分析。结果如图10所示。参照图10,废气中各组分的浓度变化的周期约为三分钟,与反应器前段的情况相同。
(2)NOX和NO2的减少率
根据测量数据,分别计算了根据空间速度的NO2和NOX的转化率以及根据温度的NO2和NOX的转化率。其结果分别示于图11和图12。
1)根据空间速度的NOX和NO2的减少率
参照图11,当空间速度最低(约40,900h-1)时,实现了最大的减少率。此时,NOX的减少率约为35%(70ppm→45ppm),而NO2的减少率约为99%(25ppm→0.3ppm)。同时,当空间速度控制在大约66,000h-1或更高时,可以看出,NO2的平均去除率能够实现75%或更高(26ppm→6ppm)。
2)根据温度的NOX和NO2的减少率
参照图12,可以看出,NO2的减少率随着废气供应温度的增加而增加。此外,即使在370℃的低温环境下,即低于实际工作温度395℃至420℃的温度范围,也能实现NO2的还原率达到约75%(25.8ppm→6.4ppm),因此可以认为能够去除黄色烟羽。
(3)实验室测试结果与中试结果的比较
实验室试验和中试试验的比较结果如图13所示。参照图13,可以看出相同的趋势,随着空间速度的降低和反应温度的升高,NO2的减少率增加。
虽然已经参照附图描述了一个或多个实施例,但上述实施例的描述仅仅是实施例,本领域的普通技术人员可以理解,可以对其进行各种改变和等同替换。因此,本公开的范围应该由所附的权利要求书来定义,在与权利要求中描述的等同的范围内的所有差异将被解释为包含在权利要求定义的保护范围内。
Claims (7)
1.一种不注入还原剂而使用选择性催化还原(SCR)法以减少固定排放源的废气中的二氧化氮的方法,所述方法包括:
(a)提供在固定排放源中产生的废气,其中所述废气包括CO、H2和烃中的至少一种;
(b)通过使废气与催化剂接触来减少废气中的二氧化氮;以及
(c)将减少了二氧化氮的废气排放到大气中。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述废气中的NO2/NOx比率等于或大于0.3。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述烃包括异链烷烃、正链烷烃、芳香烃、烯烃或醇。
4.如权利要求1所述的方法,其中当废气中存在CO、H2或烃时,
CO的含量为50ppm或更多,
H2的含量为500ppm或更多,或者
烃的含量为30ppm或更多。
5.如权利要求1所述的方法,其中(b)是在反应器中进行的,其中所述催化剂固定在反应器中,并且
其中废气中二氧化氮的减少进一步包括(d)向反应器中供应废气,其中废气的温度为300℃至500℃,废气以20,000h-1至40,000h-1的空间速度供应至反应器。
6.如权利要求1所述的方法,其中所述催化剂包含过渡金属。
7.如权利要求1所述的方法,其中在排放废气时,排放的废气中的二氧化氮的含量为12ppm或更少。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200090484A KR102445419B1 (ko) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | 환원제의 주입 없이 고정 배출원의 배가스 내 이산화질소를 저감하는 방법 |
KR10-2020-0090484 | 2020-07-21 | ||
PCT/KR2021/006919 WO2022019472A1 (ko) | 2020-07-21 | 2021-06-03 | 환원제의 주입 없이 고정 배출원의 배가스 내 이산화질소를 저감하는 방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116322944A true CN116322944A (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=79728860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202180060235.8A Pending CN116322944A (zh) | 2020-07-21 | 2021-06-03 | 不注入还原剂而减少固定源废气中的二氧化氮的方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230249131A1 (zh) |
KR (1) | KR102445419B1 (zh) |
CN (1) | CN116322944A (zh) |
WO (1) | WO2022019472A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230155810A (ko) * | 2022-05-04 | 2023-11-13 | 에스케이가스 주식회사 | 고정 배출원의 배가스 내 질소산화물 및 탄화수소를 저감하는 방법 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR0136893B1 (ko) | 1994-11-03 | 1998-04-25 | 강박광 | 선택적 촉매환원에 의한 배기가스중의 질소산화물의 제거방법 |
KR19990069935A (ko) * | 1998-02-16 | 1999-09-06 | 이종훈 | 환원촉매공정에 의한 연소배가스의 처리방법 |
JP2004322022A (ja) * | 2003-04-28 | 2004-11-18 | Babcock Hitachi Kk | 排ガス浄化用触媒 |
JP2008238069A (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Babcock Hitachi Kk | 排ガスの浄化装置及び排ガスの浄化方法,浄化触媒 |
JP2009115064A (ja) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Toyota Industries Corp | 排ガス浄化装置 |
KR101628131B1 (ko) * | 2010-06-21 | 2016-06-08 | 현대자동차 주식회사 | 디젤 차량의 배기가스 정화장치 |
WO2014019756A1 (de) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur minderung der konzentration an stickstoffdioxid |
KR101488198B1 (ko) * | 2014-12-26 | 2015-02-06 | 한국에너지기술연구원 | 다기능성 배기가스 정화필터 및 이를 이용한 배기가스 정화장치 |
-
2020
- 2020-07-21 KR KR1020200090484A patent/KR102445419B1/ko active IP Right Grant
-
2021
- 2021-06-03 US US18/015,133 patent/US20230249131A1/en active Pending
- 2021-06-03 CN CN202180060235.8A patent/CN116322944A/zh active Pending
- 2021-06-03 WO PCT/KR2021/006919 patent/WO2022019472A1/ko active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2022019472A1 (ko) | 2022-01-27 |
KR20220011493A (ko) | 2022-01-28 |
KR102445419B1 (ko) | 2022-09-21 |
US20230249131A1 (en) | 2023-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080131345A1 (en) | Multi-bed selective catalytic reduction system and method for reducing nitrogen oxides emissions | |
US10857519B2 (en) | Catalyst for decomposing nitrogen oxide and preparation method thereof | |
Nejar et al. | Potassium–copper and potassium–cobalt catalysts supported on alumina for simultaneous NOx and soot removal from simulated diesel engine exhaust | |
CN116322944A (zh) | 不注入还原剂而减少固定源废气中的二氧化氮的方法 | |
JP2006220107A (ja) | 排ガスの脱硝浄化方法及びその装置 | |
Morikawa et al. | Characterization of termetallic Pt-Ir-Au catalysts for NO decomposition | |
Rico-Pérez et al. | NOx reduction to N2 with commercial fuel in a real diesel engine exhaust using a dual bed of Pt/beta zeolite and RhOx/ceria monolith catalysts | |
KR101157127B1 (ko) | LPG를 환원제로 사용하는 NOx 제거용 SCR 촉매 | |
EP3361878A1 (en) | Process for treating gaseous effluents developed in coffee roasting installation | |
KR101177684B1 (ko) | LPG를 환원제로 사용하는 NOx 제거용 SCR 촉매 | |
JP2022531806A (ja) | 硫黄に対する耐久性に優れたscr触媒 | |
WO2003106026A1 (ja) | 排ガス浄化用触媒及び排ガス浄化方法 | |
JP5285459B2 (ja) | 排ガス浄化用触媒および排ガス浄化方法 | |
KR20230155810A (ko) | 고정 배출원의 배가스 내 질소산화물 및 탄화수소를 저감하는 방법 | |
JPH0679140A (ja) | 燃焼排ガスの浄化方法および該方法に用いられる触媒 | |
WO2019208478A1 (ja) | 排気ガス処理システム、排気ガス浄化方法 | |
WO1998024534A1 (en) | Selective catalytic reduction of nitrogen oxides | |
JP4817294B2 (ja) | 窒素酸化物の選択的還元させる方法 | |
KR101097559B1 (ko) | 희박-연소 엔진의 질소산화물 저감용 암모니아 scr 촉매 및 이를 포함하는 질소산화물 저감 장치 | |
Wang et al. | Acetylene; a new reducing agent used in scr of NO on zeolite catalysts in an oxygen-rich atmosphere | |
JPH05212246A (ja) | 排ガス中の窒素酸化物の浄化方法 | |
JP2004261754A (ja) | 排ガス浄化触媒及び浄化方法 | |
WO2012160356A1 (en) | NOx REDUCTION CATALYST | |
JP2004268021A (ja) | 窒素酸化物浄化方法及び浄化装置 | |
JP2009056459A (ja) | 排ガス浄化用触媒および排ガス浄化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |