用于去除NOX和N2O的设备与方法技术

本发明专利技术公开了用于去除NOX和N2O的设备与方法。具体地，用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置包括容器(1)，其中布置有两个串联连接的反应阶段，包括用于通过利用含氮还原剂的NOx还原反应来去除NOx的脱NOx阶段，以及其下游连接的用于通过N2O的催化分解得到N2和O2来去除N2O的脱N2O阶段，并且所述脱NOx阶段的上游设有用于将含氮还原剂引入所述包含NOX和N2O的气体流的装置，其特征在于，ZrO2、TiO2或水滑石上承载的或混合这些载体材料的含Rh催化剂存在于所述脱N2O阶段中，或者在水滑石或氧化镁上承载的或混合这些载体材料的含Co催化剂存在于所述脱N2O阶段中。根据本发明专利技术对催化剂的组合使用允许反应器的简单结构和非常经济的操作。

Equipment and methods for removal of NOX and N2O

【技术实现步骤摘要】
用于去除NOX和N2O的设备与方法本专利技术是申请号为201280069841.7，申请日为2012年12月8日，专利技术名称为“用于去除NOX和N2O的设备与方法”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于催化去除NOX和N2O的装置与方法。
技术介绍
许多工艺流程，例如硝酸或己内酰胺的工业生产或燃烧过程，导致废气含有一氧化氮NO、二氧化氮NO2(统称为NOX)和一氧化二氮N2O。NO和NO2早已作为与环境毒物学(酸雨，烟雾的形成)相关的化合物而被知晓，并且对其已规定了全球的最大允许排放量，而一氧化二氮在过去十年中在环境保护领域也获得了越来越多的关注中，因为它对平流层臭氧的降解和温室效应存在不能忽略的影响。出于环境保护的目的，因此迫切需要去除一氧化二氮排放以及NOX排放的技术解决方案。现在已经存在许多众所周知的一方面去除N2O并且另一方面去除NOX的手段。在NOX还原反应的情况下，应当强调利用氨在含钒二氧化钛催化剂的存在下对NOX的选择性催化还原(SCR)(参见，例如，G埃特尔，J.Weitkamp：多相催化，第4卷，第1633至1668页，VCH魏恩海姆(1997))。根据该催化剂，这可以在约150℃至约450℃的温度下进行，并且优选地在200℃至400℃(特别是在250℃和350℃)进行大规模工业生产。它是用于减少工业生产过程产生的废气中的NOX水平的最常用的变体，并且在催化剂床的合适尺寸下，能够使得NOX的分解率超过90％。还有基于沸石催化剂还原NOX的方法，其使用多种不同的还原剂进行处理。此外，铜交换的沸石(参见，例如，EP-A-914866)特别是含铁沸石看起来适用于实际应用。例如，US-A-5451387和EP-A-756891描述了利用NH3在铁交换的沸石对NOX进行选择性催化还原，其优选在温度200～550℃之间进行，特别是在400℃左右。与减少废气中的NOX水平这一做法已在产业中建立多年的情况不同的是，仅存在相对较少的用于去除N2O的工业过程，其经常是针对N2O的热或催化分解。对原理上被证明适用于分解和减少一氧化二氮的催化剂的概述由Kapteijn等人给出(KapteijnF.等人，ApplB类：环境9(1996)25-64)。从一氧化二氮到N2和O2的催化分解比利用选定还原剂(如NH3或烃)的催化还原有优势，因为没有消耗还原剂产生的成本。然而，与N2O或其它NOX的还原相比，在高于400℃优选高于450℃的温度下，仅利用一般的分解催化剂即能有效实现基于催化剂分解的N2O水平的有效降低。再次，含过渡金属沸石催化剂看起来特别适合于N2O到N2和O2的催化分解(US-A-5171553)。含铁沸石催化剂(例如在EP-A-955080或WO-A-99/34901)被描述为特别有优势。铁-沸石催化剂的N2O分解的活性由于NOX的同时存在而被显著增强，正如KOGEL等人在催化通讯2(2001)273-276或佩雷斯-拉米雷斯等人在催化杂志208(2003)211-223科学证明的那样。这个属性似乎只适用于铁掺杂沸石。掺杂有其它过渡金属如铜或钴的沸石没有呈现这种属性。在许多情况下，N2O分解实际上因NOX的存在而受到抑制，如已知的例如来自应用催化B：环境9(1996)25-64[CH。5.1]和应用催化B：环境12(1997)277-286以及来自今日催化35(1997)113-120。这涉及例如含Cu，Co和Rh的催化剂，其在不存在NOX的情况下表现出对N2O分解非常高的活性，但在NOX的存在下有一个明显的活性降低。这种类型的催化剂在下文中称为“NOX敏感”。除了上述用于NOX还原和N2O分解的方法和催化剂，专利文献中还描述了一种用于去除NOX和N2O的组合方法。例如，存在基于利用NH3催化还原NOX(在脱NOX阶段)并且在含铁沸石催化剂上将N2O催化分解为N2和O2(在脱N2O阶段)的方法。例如，WO-A-01/51182描述了一种方法，用于消除来自硝酸生产的残余气体中的NOX和N2O，其中，要被清洁的废气首先通过脱NOX阶段，然后通过具有含铁沸石催化剂的脱N2O阶段。在上游的脱NOX阶段，NOX含量减少到这样的程度，即0.001～0.5的最佳NOX/N2O比率被建立，从而加速在下游脱N2O阶段的N2O分解。但该方法的装置结构的细节没有被披露。WO-A-01/51182中描述的工艺阶段次序从工艺流程或化学工程的角度来看是非常有利的，因为该方法对来自硝酸生产的残余气体在吸收塔和残余气体轮机之间是以上升的温度分布进行安排的；换句话说，残余气体首先在进入脱NOX阶段之前，具有<400℃、优选<350℃的低入口温度，使得它也能够使用基于V2O5-TiO2的常规脱NOX催化剂。在脱NOX阶段之后，在进入脱N2O阶段之前，存在(一个)将残余气体加热到350～500℃的加热操作，使得有效催化分解N2O是可能的。废气随后被传送到残余气体轮机，在残余气体轮机中废气的热量被回收，同时废气被冷却和减压。这两个方法阶段的反向连接，即N2O分解在前、然后进行将NOX分解，也是可行的，如WO-A-97/10042、WO-A-01/51181、WO-A-03/105998和WO-A-2006/119870中所教导的。WO-A-01/51181给出了不仅是该方法还包括执行该方法的装置的详细描述。后者的特征是两个串联连接的催化剂床的序列，其具有通过他们至少一个的径向气流，以及在催化剂床之间必须存在的用于将气态还原剂引入离开第一催化剂床的气流的装置。在该方法中，废气典型地是在<500℃的均匀温度下通过含有含铁沸石催化剂、其可以在空间上彼此分开或彼此相连的两个反应区。在该方法中，N2O分解首先在脱N2O阶段执行，同时NOX含量未减少，即充分利用对N2O分解的助催化NOX效应，然后，在中间加入氨后，催化NOX还原反应进行。由于NOX还原反应优选应在与N2O分解相同的温度下进行，铁-沸石催化剂同样也使用在脱NOX阶段，这些催化剂与常规的SCR催化剂(例如V2O5-TiO2基催化剂)相比，在较高的温度>400℃也可操作。因此不要求该工艺气体的中间冷却。最后，JP-A-06/126177披露了基于用氨气催化还原NOX(在脱NOX阶段)和将N2O催化分解成N2和O2(在脱N2O阶段)的组合去除NOX和N2O的方案。根据该文件的各阶段的顺序可以按需设计。对于N2O的分解，提出的载体催化剂含有0.001～2％(重量)的金属铂或铑或金属铑和铜。除了这些金属，还提出了铱，钌，铁，钴和镍。所说的载体材料是氧化铝、二氧化硅和二氧化锆、以及沸石。用于NOX还原反应的催化剂选取的细节没有在这里公开。NOX和N2O的并行化学还原也已经被描述。在这种情况下，已知的是，NOX还原进行的明显快过N2O还原。在该还原方法中，含氮的还原性气体，例如氨，被常用于NOX还原，而同样的还原气体，如氨，还有氢、烃或一氧化碳，常用于N2O还原。这些方法的实例可参见WO-A-03/84646和US-A-4571326。根据US-A-4571326的方法也可以在一个催化剂床或多个催化剂床层序列上进行。由于NOX的相对快速还原，当使用一个催化剂床本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，包括：A)容器(1)，其中布置有，B)两个串联连接的反应阶段，包括用于通过利用含氮还原剂的NOx还原反应来去除NOx的脱NOx阶段，以及其下游连接的用于通过N2O的催化分解得到N2和O2来去除N2O的脱N2O阶段，上述每个阶段具有一个或多个催化剂床(7,8)，待清洁的气体流经所述一个或多个催化剂床(7,8)，其中C)所述脱NOx阶段(7)中的至少一个催化剂床包含用于利用含氮还原剂的NOx还原反应的催化剂，所述催化剂包含掺杂有过渡金属的沸石，所述过渡金属包括镧系金属，D)所述脱N2O阶段(8)中的至少一个催化剂床包含用于将N2O分解成N2和O2的催化剂，所述催化剂不含沸石或含有的沸石以重量计少于15％，并且所述催化剂包含从元素周期表的第9至11族中选择的元素的一种或多种具有催化活性的化合物，且还包含Co和/或Rh，但不包括铁掺杂的沸石，并且E)所述脱NOx阶段(7)的上游设有用于将含氮还原剂引入所述包含NOX和N2O的气体流的装置，其特征在于，ZrO2、TiO2或水滑石上承载的或混合这些载体材料的含Rh催化剂存在于所述脱N2O阶段中，或者在水滑石或氧化镁上承载的或混合这些载体材料的含Co催化剂存在于所述脱N2O阶段中。...

【技术特征摘要】
2011.12.16 DE 102011121188.11.一种用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，包括：A)容器(1)，其中布置有，B)两个串联连接的反应阶段，包括用于通过利用含氮还原剂的NOx还原反应来去除NOx的脱NOx阶段，以及其下游连接的用于通过N2O的催化分解得到N2和O2来去除N2O的脱N2O阶段，上述每个阶段具有一个或多个催化剂床(7,8)，待清洁的气体流经所述一个或多个催化剂床(7,8)，其中C)所述脱NOx阶段(7)中的至少一个催化剂床包含用于利用含氮还原剂的NOx还原反应的催化剂，所述催化剂包含掺杂有过渡金属的沸石，所述过渡金属包括镧系金属，D)所述脱N2O阶段(8)中的至少一个催化剂床包含用于将N2O分解成N2和O2的催化剂，所述催化剂不含沸石或含有的沸石以重量计少于15％，并且所述催化剂包含从元素周期表的第9至11族中选择的元素的一种或多种具有催化活性的化合物，且还包含Co和/或Rh，但不包括铁掺杂的沸石，并且E)所述脱NOx阶段(7)的上游设有用于将含氮还原剂引入所述包含NOX和N2O的气体流的装置，其特征在于，ZrO2、TiO2或水滑石上承载的或混合这些载体材料的含Rh催化剂存在于所述脱N2O阶段中，或者在水滑石或氧化镁上承载的或混合这些载体材料的含Co催化剂存在于所述脱N2O阶段中。2.如权利要求1所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于设置有混合器，其中所述包含NOX和N2O的气体和所述还原剂通过所述混合器被引导，并且在混合之后被传输到所述脱NOx阶段(7)，所述混合器是位于所述容器(1)的上游或在所述容器(1)的入口之中或紧邻所述脱NOx阶段上游的静态混合器。3.如权利要求1所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于，设置有用于气体流速或体积的测量点F)和/或用于确定所述气体中的NOX或其个体组分之一的浓度的测量点G)，其中一个测量点F)位于所述脱NOX阶段的上游，以及一个测量点G)位于所述脱NOX阶段的上游、所述脱NOX阶段的下游及所述脱N2O阶段的上游、或者所述脱N2O阶段的下游。4.如权利要求3所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于，一个测量点G)位于所述脱N2O阶段的下游，或者位于所述脱NOX阶段的上游并在所述包含氮氧化物待清洁的气体的入口中。5.如权利要求3所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于，用于确定注入的还原剂的量的测量点F)和G)经由控制或管理单元H)而被耦合到调节设备I)，通过控制或管理单元H)所述还原剂供给量的改变可以被传递到可控或可调节阀门，通过可控或可调节阀门，可以调节流经所述装置E)的还原剂的量或流速。6.如权利要求1所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于，反应阶段中的至少一个催化剂床，被配置或安排使得待清洁的气体横向流经它，并且在一个反应阶段中具有径向流动的催化剂床是中空圆柱体的形式。7.如权利要求6所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于，在两个反应阶段中具有径向流动的所述催化剂床是同轴中空圆柱体的形式，外部中空圆柱体包含用于NOX还原反应的催化剂，所述催化剂的颗粒或有形体具有2-5mm的当量直径，并且内部中空圆柱体包含用于N2O分解反应的催化剂，所述催化剂的颗粒或有形体具有1-4mm的当量直径。8.如权利要求1所述的用于降低气体中的NOX和N2O的含量的装置，其特征在于，包含Co、Cu和/或Fe掺杂的沸石的催化剂存在于所述脱NOX阶段中。9.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯彻福尔，R·西弗特，S·平诺，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯工业解决方案股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE