CN206381838U

CN206381838U - 一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置及膜管

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Publication number: CN206381838U
Application number: CN201621469954.8U
Authority: CN
Inventors: 沈云进; 伦文山; 陆丽芳; 朱军; 闫勇; 彭文博; 任静; 范丛军; 张建嵩; 杨积衡; 范克银
Original assignee: Jiangsu Jiuwu Hi Tech Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jiuwu Hi Tech Co Ltd
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2026-12-29

Abstract

本实用新型涉及一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置及膜管，属于气体净化技术领域。主要是采用具有双层或多层结构的陶瓷膜，在陶瓷膜内表面负载催化剂，并且将氮氧化物与氨气错流式进料，制备用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置。其中氮氧化物还利用陶瓷膜的多孔性进行“曝气式”进气，与陶瓷膜通道中的氨气在催化剂的作用下充分反应，脱硝效率较传统方法更高。

Description

一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置及膜管

技术领域

本实用新型涉及一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置及膜管，属于气体净化技术领域。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是大气主要污染物之一，严重危害生态环境和人类健康。目前脱硝常用的技术之一为氨气选择性催化还原法，常规的方法是将催化剂涂覆在蜂窝或多孔陶瓷载体表面，将载体至于密闭容器中，两股烟气(高温NO_x与NH₃)汇集到一个管道后流入容器，NO_x与NH₃反应生成N₂和水蒸气，达到脱硝的目的。

但是这种脱硝方法存在着反应效率低、催化剂容易受到原料气中杂质的污染而中毒的问题。

实用新型内容

本实用新型提出了一种利用内表面负载催化剂的管式陶瓷膜的脱硝反应器，将NO_x与N₂分开进料，利用陶瓷膜孔径分布窄且易控的优点，该反应器利用管式陶瓷膜的内部通道实现错流效果，再从支撑层侧供入NO_x原料气，NO_x经陶瓷膜外表面经支撑体与膜层孔道“曝气式”进入陶瓷膜通道，实现了通过多孔支撑层去除掉部分杂质，并通过多孔支撑体实现NO_x原料气的平稳供料，在管式陶瓷膜的内表面催化剂层上实现界面反应，同时利用错流效果将反应产物去除，提高了催化反应效率。

技术方案是：

本实用新型的第一个方面：

一种负载催化剂的管式陶瓷膜，其构型为管式膜，陶瓷膜的外壁为多孔支撑层，在多孔支撑层内部为通道，在多孔支撑层的内侧表面负载有脱硝催化剂层。

所述的脱硝催化剂层的材质选自CeO₂、V₂O₅、MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃、MgO中的一种或几种的混合构成的催化剂。

多孔支撑层是由从外至内的陶瓷膜支撑体层和陶瓷膜膜层所构成；所述的管式膜的内部通道数量为一个或多个。

陶瓷膜支撑体层孔隙率在15～60%，孔径在10～100μm；陶瓷膜膜层孔隙率在15～60%，孔径在0.5～20μm。

本实用新型的第二个方面：

一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置，包括有脱硝反应器壳体，内部设置有负载催化剂的管式陶瓷膜，负载催化剂的管式陶瓷膜的外部与脱硝反应器壳体之间形成腔体，在脱硝反应器壳体内部还设置有密封件，密封件将腔体与负载催化剂的管式陶瓷膜的内部通道相隔离，在脱硝反应器壳体上设置有与腔体相连通的壳体进气口，脱硝反应器壳体上还设置有陶瓷膜进气口和陶瓷膜出气口相连通，分别连接于负载催化剂的管式陶瓷膜通道的两端。

本实用新型的第三方面：

一种脱硝方法，包括如下步骤：

i). 采用负载催化剂的管式陶瓷膜，将含有NO_x的原料气从管式陶瓷膜的管外侧压入膜管内，并渗透至脱硝催化剂层；

ii). 将含有NH₃的原料气从负载催化剂的管式陶瓷膜的通道送入，并形成含有NH₃的原料气从通道表面错流流动，使NH₃和NO_x在脱硝催化剂层表面进行催化反应。

反应温度是320～380℃，含NH₃的原料气进料压力4～80Kpa，含NOx的原料气的进料压力5～100Kpa。

有益效果

主要是采用具有双层或多层结构的陶瓷膜，在陶瓷膜内表面负载催化剂，并且将氮氧化物与氨气错流式进料，制备用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置。其中氮氧化物还利用陶瓷膜的多孔性进行“曝气式”进气，与陶瓷膜通道中的氨气在催化剂的作用下充分反应，脱硝效率较传统方法更高。

附图说明

图1是本实用新型提供的用于脱硝的错流式陶瓷膜装置正视图示意图；

图2是本实用新型提供的用于脱硝的错流式陶瓷膜装置俯视图示意图；

图3是负载催化剂的陶瓷膜俯视示意图。

其中，1、腔体；2、负载催化剂的管式陶瓷膜；3、壳体进气口；4、陶瓷膜进气口；5、陶瓷膜出气口；6、陶瓷膜支撑体层；7、陶瓷膜膜层；8、脱硝催化剂层；9、陶瓷膜通道；10、脱硝反应器壳体；11、密封件。

具体实施方式

本实用新型提供了一种负载催化剂的陶瓷膜，它是管式膜，既可以是单管式，也可以是多通道式（即内部有多条孔道），单管式陶瓷膜的结构如图3所示，管外壁是陶瓷膜支撑体层6，陶瓷膜支撑体层6的内壁侧设置陶瓷膜膜层7，在陶瓷膜膜层7的内壁侧设置催化剂层8，其中陶瓷膜支撑体层6和陶瓷膜膜层7作为整体为多孔支撑层，在其它的实施方式中，既可以单独采用支撑体层，也可以单独采用陶瓷膜膜层，也可以采用依次由外向内布置的支撑体层和膜层，只要外部为支撑层内部负载催化剂层，都可以实现本实用新型的目的。

作为催化剂层8的材料，已经由现有技术所公开，可以采用诸如：CeO₂、V₂O₅、MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃、MgO中的一种或几种的混合构成的催化剂。

所述支撑体可以增加陶瓷膜的机械强度，对其要求是有较大的孔径和孔隙率，以增加气体的渗透性，减小气体输送阻力。支撑体的孔隙率在15～60%，更优选20～40%。

所述膜层用于负载催化剂，防止催化剂的涂覆与烧结过程中浸入支撑体孔道，当支撑体孔径在，可直接在支撑体上涂覆催化剂层。膜层的孔隙率在15～60%，更优选20%～40%。

所述的支撑体孔径在10～5000μm，优选范围是500～800μm。

所述的膜层孔径在0.5～200μm，优选范围是50～100μm。

所述支撑体与膜层均为多孔结构，除了增加陶瓷膜的机械强度与负载催化催化剂的作用以外，可以用于均匀分布、进入膜管内部的NO_x气体，让NO_x气体“曝气式”进入陶瓷膜通道，NO_x气体与NH₃在催化剂的作用下反应更加充分。

本实用新型中的NO_x是指氮氧化合物，例如：NO、NO₂等。

通道的截面形状可以使选自正方形、六边形、三角形或者圆形，而膜管的外壁所形成的截面形状也可以类似地选自这些形状，并且通道的截面与膜管的外壁形成的截面的形状可以相同，也可以不同。在一些优选的情况下，最好是两个截面形状都相同，因为方便生产加工；另外，截面形状最好是采用圆形，可以较大的保证膜面积，并且适合生产成型。

所述的支撑体和/或膜层的材质选自碳化硅、硅藻土、莫来石、氧化铝、氧化锆或者氧化钛，其中特别适用于氧化铝、氧化锆和氧化钛材质的支撑体和/或膜层，因为其具有较好的稳定性。

该反应器的结构如图1和图2所示，包括有脱硝反应器壳体10，内部设置有负载催化剂的管式陶瓷膜2，负载催化剂的管式陶瓷膜2的外部与脱硝反应器壳体10之间形成腔体1，在脱硝反应器壳体10内部还设置有密封件11，密封件11将腔体1与负载催化剂的管式陶瓷膜2的内部通道相隔离，在脱硝反应器壳体10上设置有与腔体1相连通的壳体进气口3，脱硝反应器壳体10上还设置有陶瓷膜进气口4和陶瓷膜出气口5相连通，分别连接于负载催化剂的管式陶瓷膜2通道的两端。

装置运行过程中，NO_x与NH₃分开进料，NO_x从壳体进气口3进入反应器，而NH₃从陶瓷膜进气口4进料，反应产生从另一端的陶瓷膜出气口5离开。利用陶瓷膜孔径分布窄且易控的优点，在陶瓷膜支撑体或膜层上负载一层催化剂，NO_x经陶瓷膜外表面经支撑体与膜层孔道“曝气式”进入陶瓷膜通道与NH₃混合，并在催化剂的作用下充分反应，生成N₂与水蒸气。

陶瓷膜脱硝运行试验

本实用新型采用的陶瓷膜脱硝试验装置结构如图1所示，将多根陶瓷膜管竖直装配在装置中，装置内部形成的空腔为NO_x(气)壳程，陶瓷膜管的通道为NH₃(气)管程，NO_x透过膜管支撑体层、膜层、催化剂层进入陶瓷膜管内部与缓慢流动的NH₃在催化剂的作用下充分反应，生成N₂和水蒸气。

实施例1

试验在不同的以下条件下都进行了测试：

组件中共安装有9根陶瓷膜管，从截面上看为3*3排列，膜管长度为1m。膜管是单管，尺寸外形：圆形，外径12mm，内径8mm。

含NO₂的空气从反应器壳程进入，NO_x浓度1000mg/Nm³，温度350℃，压力为15KPa，流量0.3m³/min。

膜管通道内通NH₃纯氨热解之后纯氨气，进膜流量0.3m³/min，温度310℃，压力为10Kpa。

采用支撑体与膜层的孔隙率45%，材料都为氧化铝的膜管，支撑体的平均孔径为50μm，膜层平均孔径10μm，催化剂层厚度20μm，是V₂O₅催化剂，经过反应后，装置出口NO_x浓度下降至95mg/Nm³，脱硝效率为90.5%。

实施例2

试验在不同的以下条件下都进行了测试：

组件中共安装有16根陶瓷膜管，从截面上看为4*4排列，膜管长度为1.2m。膜管是单管，尺寸外形：圆形，外径20mm，内径14mm。

含NO₂的空气从反应器壳程进入，NO_x浓度1000mg/Nm³，温度320℃，压力为18KPa，流量0.5m³/min。

膜管通道内通NH₃纯氨热解之后纯氨气，进膜流量0.2m³/min，温度340℃，压力为12Kpa。

采用支撑体与膜层的孔隙率35%，材料都为氧化锆的膜管，支撑体的平均孔径为1000μm，膜层平均孔径分别采用20、50、100、200μm，催化剂层厚度20μm，是V₂O₅催化剂，经过反应后，在不同孔径条件下出口NO_x浓度和脱硝效率如下：

实施例3

试验在不同的以下条件下都进行了测试：

组件中共安装有9根陶瓷膜管，从截面上看为3*3排列，膜管长度为1.0m。膜管是单管，尺寸外形：圆形，外径10mm，内径5mm。

含NO₂的空气从反应器壳程进入，NO_x浓度1500mg/Nm³，温度360℃，压力为12KPa，流量0.4m³/min。

膜管通道内通NH₃纯氨热解之后纯氨气，进膜流量0.5m³/min，温度320℃，压力为11Kpa。

采用支撑体与膜层的孔隙率40%，材料都为氧化锆的膜管，支撑体的平均孔径分别采用200、500、800、1000、2000μm，膜层平均孔径分别采用50μm，催化剂层厚度15μm，是V₂O₅催化剂。

在不同支撑体孔径条件下出口NO_x浓度和脱硝效率如下：

对比例1

与实施例1的区别是：将NO_x与NH₃均从进料口4进入反应器，NO₂气体和NH₃气体流量都相同，反应条件相同，装置出口NO_x浓度下降至540 mg/Nm³，脱硝效率为46%。

Claims

1.一种负载催化剂的管式陶瓷膜，其特征在于，其构型为管式膜，陶瓷膜的外壁为多孔支撑层，在多孔支撑层内部为陶瓷膜通道（9），在多孔支撑层的内侧表面负载有脱硝催化剂层（8）。

2.根据权利要求1所述的负载催化剂的管式陶瓷膜，其特征在于，所述的脱硝催化剂层（8）的材质选自CeO₂、V₂O₅、MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃、MgO中的一种催化剂。

3.根据权利要求1所述的负载催化剂的管式陶瓷膜，其特征在于，多孔支撑层是由从外至内的陶瓷膜支撑体层（6）和陶瓷膜膜层（7）所构成；所述的管式膜的内部的陶瓷膜通道（9）数量为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的负载催化剂的管式陶瓷膜，其特征在于，陶瓷膜支撑体层（6）孔隙率在15～60%，孔径在10～100μm；陶瓷膜膜层（7）孔隙率在15～60%，孔径在0.5～20μm。

5.一种用于气体脱硝的错流式陶瓷膜装置，其特征在于，包括有脱硝反应器壳体（10），内部设置有权利要求1～4任一项所述的负载催化剂的管式陶瓷膜（2），负载催化剂的管式陶瓷膜（2）的外部与脱硝反应器壳体（10）之间形成腔体（1），在脱硝反应器壳体（10）内部还设置有密封件（11），密封件（11）将腔体（1）与负载催化剂的管式陶瓷膜（2）的内部通道相隔离，在脱硝反应器壳体（10）上设置有与腔体（1）相连通的壳体进气口（3），脱硝反应器壳体（10）上还设置有陶瓷膜进气口（4）和陶瓷膜出气口（5）相连通，分别连接于负载催化剂的管式陶瓷膜（2）通道的两端。