一种穿透式可装载催化剂模块制造技术

本发明专利技术提供一种穿透式可装载催化剂模块，所述催化剂模块由多组笼式骨架结构体叠合而成，所述的笼式骨架结构体间通过底部、顶部的挡板和/或催化剂反应器侧壁围成多组上端开口和下端开口的中空腔体，所述上端开口和下端开口的中空腔体间彼此相邻。本发明专利技术利用穿透式可装载催化剂模块进行气体在催化剂床层中的催化反应，气体在催化剂通道中的强制穿透流动将增强气体与催化剂的接触，提高催化剂的反应效率，同时，由于气体多数流程发生在气体通道内，可有效减少催化剂模块的整体阻力，有利于该催化剂模块的大规模应用。结构简单、操作方便、实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烟气净化领域，特别涉及一种穿透式可装载催化剂模块。
技术介绍
氮氧化物(NOx)是主要大气污染物之一，可以形成酸雨或酸雾，与碳氢化合物结合 形成光化学烟雾，破坏臭氧层等。目前，60 %以上的氮氧化物来自于煤燃烧产生的烟气。目 前降低NOx排放的技术主要有低NOx燃烧技术、选择性非催化还原技术、选择性催化还原技 术、NOx吸附脱除技术，而世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术是选 择性催化还原脱硝技术(SCR)。 SCR技术的核心是催化剂，目前国内外电厂使用最广泛的V2〇5-W03/Ti_〇2催化剂， 早期电厂使用的催化剂以粉末状、颗粒状为主。而粉末或者颗粒状催化剂烟道压降大、容易 灰堵、抗硫抗中毒性能较差。九十年代以来，各催化剂公司、科研院校以及电厂再改良催化 剂的同时将目光移向催化剂成型技术，目前应用比较多的催化剂形态以蜂窝状、平板状和 波纹板状为主，基于生成产工艺，脱硝效率等原因，目前60~70%电厂的SCR催化剂为蜂窝 状布置。传统的蜂窝式催化剂是将载体与其他活性组分以及陶瓷原料以均相方式结合，按 一定配比混合、搓揉均匀后形成模压原料，采用模压工艺挤压成型为蜂窝状单元，最后组装 成标准规格的催化剂模块。板式催化剂可以分为平板式催化剂和波纹板式催剂，平板式催 化剂的生产工艺是在钢板、陶瓷板、玻璃纤维板以及钢丝网等机械强度较大的板体上负载 具有催化活性的组分。蜂窝状或板式催化剂在使用时，烟气在催化剂壁面间的通道内流动，气体和催化 剂的接触面积较小。且此类催化剂活性组分在负载后均不可更换，催化剂失活后，需将对整 个催化剂模块进行再生。若催化剂结构破损严重，则不可继续使用，需更换新的催化剂模 块。
技术实现思路
基于上述缺点，本专利技术提出一种穿透式可装载催化剂模块，烟气可在催化剂壁面 间穿透流动，增加气体与固体催化剂的接触，同时活性催化剂组分颗粒可装载，便于催化剂 的更换和再生，同时可以反复使用。所述的穿透式可装载催化剂模块，由竖直布置的网状骨 架组成，网状骨架之间间隔装载催化剂颗粒，将催化剂模块内分为催化剂通道和气体通道 两类通道。由于催化剂通道由网状骨架和装载的颗粒状催化剂组成，故该催化剂通道可供 气体穿透。比邻气体通道的入口间隔设置开式和闭式，气体通道的出口也间隔设置为开式 和闭式，但设置方式与入口气体通道相反。气体从催化剂模块的开式气体入口进入模块，在 气体通道内流动，同时由于该气体通道的出口为闭式，气体将穿透催化剂通道，从相邻气体 通道开式出口流出。气体在催化剂通道中的强制穿透流动将增强气体与催化剂的接触，提 高催化剂的反应效率，同时，由于气体多数流程发生在气体通道内，催化剂模块的整体阻力 不大。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案： -种穿透式可装载催化剂模块，所述催化剂模块由多组笼式骨架结构体叠合而 成，所述的笼式骨架结构体间通过底部、顶部的挡板，或底部、顶部的挡板以及催化剂反应 器侧壁围成至少一组上端开口和下端开口的中空腔体，所述上端开口和下端开口的中空腔 体间彼此相邻;催化剂填充于所述笼式骨架结构体中。 优选的，所述催化剂模块安装于催化剂反应器内。 本专利技术中将进气通道的底端设置为闭合式，在气体流量不变的情况下，大幅提高 了气体横向分压，且气体与催化剂为横向接触方式，接触面积更大(实际相当于提高了催化 剂的比表面积），行程更短，不易堵灰，气流和催化剂的利用率都明显提升。 优选的，所述笼式骨架结构体为圆柱形、三角形、梯形或异形体。 使用中，本专利技术的笼式骨架结构体可为任意形状，根据实际的反应器形状进行设 计和叠合，保证形成至少一个上端开口的中空腔体和一个下端开口的中空腔体，上述的腔 体彼此相邻，气体可从一个腔体穿透到另一个腔体。 优选的，所述笼式骨架结构体为矩形，其中，相邻的三组矩形笼式骨架结构体间， 最左端的笼式骨架结构体与中间的笼式骨架结构体通过顶部挡板相连，中间的笼式骨架结 构体与最右端的笼式骨架结构体通过底部挡板相连;或最左端的笼式骨架结构体与中间的 笼式骨架结构体通过底部挡板相连，中间的笼式骨架结构体与最右端的笼式骨架结构体通 过顶部挡板相连。 优选的，所述笼式骨架结构体为矩形，通过交替设置在笼式骨架结构体顶部和底 部的挡板形成波浪形连接。 优选的，所述上端开口的中空腔体开口端的横截面积大于底端的横截面积。底部 横截面积的减少，可以进一步提高气体横向压力，同时，由于对应侧下端开口的中空腔体的 底端横截面积的相应增大，穿透后的气体排出速度加快，保证了该侧的气体分压基本保持 不变，从而进一步提高了气体催化效率。 优选的，所述催化剂的粒径根据反应及催化剂特性进行选取，本专利技术中优选的催 化剂的粒径为200微米~5毫米。理论上，催化剂粒径越小，比表面积越大，但实际中，考虑到 成本和工艺的要求，对催化剂的粒径进行了优选，发现：当催化剂的粒径为200微米~5毫米 时，即可满足一般的SCR法烟气脱硝要求。 优选的，所述笼式骨架结构体采用铁丝网或网孔板制成，网孔的尺寸低于催化剂 平均粒径的三分之一。保证使用过程中催化剂颗粒不会溢出，且尽量降低加工难度。 优选的，所述上端开口的中空腔体为气体通道，所述气体通道的宽度为笼式骨架 结构体宽度的〇. 5~2倍。二者比例过小，气体横向流速过大，单位体积催化剂处理的气体量 过大，部份氮氧化物无法有效脱除；二者比例过大，气体横向分压不足，部分外侧催化剂利 用率较低，且增加了能耗和设备体积。 优选的，所述催化剂通道(笼式骨架结构）的截面厚度具体值由催化剂颗粒的平均 粒径确定。本专利技术中，根据现有气体的流速和气体通道与催化剂通道的径向长度和比例，优 选的催化剂通道(笼式骨架结构）的截面厚度为催化剂平均粒径的5~40倍。 更优选的，所述催化剂通道(笼式骨架结构）的截面厚度选取范围为5毫米~40毫 米。优选的，挡板采用铁片或铝片等金属片，厚度选取为0.2~1毫米。优选的，所述催化剂模块内的气体流通速度为0.5~2m/s。与现有的蜂巢式或平板 式催化剂要求8m/s的流速不同(现有研究表明：现有的催化剂反应器中，气体在催化剂通道 内穿过，在速度低于3m/s的区域，飞灰就有可能附着在催化剂上，阻止催化剂与烟气接触） 本专利技术的结构设计大幅减少了系统阻力，避免了因未催化剂间隙过小导致的堵灰的问题。 矩形笼式骨架结构体的长边的长度一定的情况下，厚度越长，则理论上处理效果 越好，在试验过程中发现，当厚度达到一定长度的时候，则气体脱除量的增长就非常不明 显，主要因为随着厚度增加，在矩形笼式骨架结构体末端的分压也越来越低，随着分压降低 到一定程度，则会导致催化效果不明显，相反还增加了材料的成本，同时，处理过程中，如果 气体通道两侧壁的夹角过大或过小，也容易造成处理效果的恶化，因为随着角度的增加，气 体横向分压减小，造成相邻笼式骨架结构体之间边界过于狭小，恶化气体流通，气体通道两 侧间距过小影响了催化剂处理效率的均一性，因此气体通道两侧矩形笼式骨架结构体的厚 度、长边长、夹角之间满足一个最优化的尺寸关系。为此，本专利技术通过多个不同尺寸的催化 剂模块的上千次试验数据总结出了最佳的笼式骨架结构体的尺寸优化关系。 优选的，所述气体通道两侧的笼式骨架本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿透式可装载催化剂模块，其特征在于，所述催化剂模块由多组笼式骨架结构体叠合而成，所述的笼式骨架结构体间通过底部、顶部的挡板围成至少一组上端开口和下端开口的中空腔体，所述上端开口和下端开口的中空腔体间彼此相邻；催化剂填充于所述笼式骨架结构体中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程星星，马春元，王志强，王鹏，王涛，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37