通过再生选择性催化还原反应自烟道气中移除材料的体系和方法技术

本发明专利技术提供再生选择性催化还原反应（ＲＳＣＲ）体系和方法，借助于所述体系和方法通过将气体与一反应物混合然后将所述气体引入ＲＳＣＲ设备中进行处理来降低气体中的ＮＯ↓［ｘ］含量，所述处理需要加热所述气体，使所述气体经历一个或一个以上催化反应，然后引导所述气体通过一个导热区，所述气体向所述区域提供供随同所述ＲＳＣＲ方法的连续循环使用的热量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于自烟道气中移除材料的体系和方法，且更特别是关于通过再生选择性催化还原反应(RSCR)进行烟道气脱氮(即从烟道气中移除氧化氮)的体系和方法。
技术介绍
高温燃烧方法和其它类似技术在工业上发挥了非常重要的作用；但是该等方法令人遗憾的副作用是产生和向大气中释放包含于排出烟道气中的污染物。在这些污染物中最显著的是氮氧化物(在下文中称为“NOx”)，EPA将它归类为污染物，而且它的排放与烟雾和所谓的酸雨有关。因此，在工业中的共同目标是使所排出的烟道气中诸如NOx的污染物量降低到可接受水平。多年来，减少NOx排放的常用技术是调节燃烧方法本身，例如通过烟道气再循环。但是鉴于这些技术一般产生的结果很差(即NOx脱除效率为50％或更小)，最近更关注各种烟道气脱氮方法(即用于在烟道气释放入大气中之前从烟道气中脱除氮的方法)。烟道气脱氮方法分为利用吸收技术的所谓“湿式”方法和依赖于吸附技术、催化分解和/或催化还原反应的“干式”方法。现在，一个广泛实施的脱氮方法是选择性催化还原反应(SCR)，它是一种“干式”脱氮方法，借助于该方法引入的反应物(例如NH3)引起NOx的还原反应，使NOx又转变为无害的反应产物，例如氮气和水。SCR方法中的还原过程由以下化学反应代表 由于在SCR中所涉及的技术，在决定进行SCR方法所用的设备的物理位置时具有一定的灵活性。换句话说，SCR方法的化学反应不需要在整个燃烧体系的一个特定场所或位置发生。两个最普通的摆放位置是在整个体系的中间(即在“热侧”上)，或在整个体系的所谓“尾端”(即在“冷侧”上)。令人遗憾的是，在关于热侧和冷测SCR安装的工业装配中都遇到了重大的问题。例如，热侧SCR方法与燃木燃烧器结合使用时并不是最优的。这是因为存在于木头中的灰烬含有碱金属，该碱金属会由于SCR方法中气体单向流动而对催化剂造成损害。冷侧SCR方法避免了这个缺点，但是由于其依赖于间接换热器而受到热效率低的困扰。因此，需要一种选择性催化还原反应方法，它能很容易地实施于现有工业操作中，而且从烟道气中有效移除NOx同时达到高热效率，并把显著安装和/或与操作相关的费用降低至最小程度。
技术实现思路
本专利技术通过提供经由再生选择性催化还原反应(RSCR)从烟道气中移除材料的体系和方法来满足这个以及其它需要。这些体系和方法有利地实现了高移除效率，而它们既不需要耗费成本的设计变更来实现，也不会在进行时遇到不可接受的低热效率。本专利技术的RSCR方法围绕一个RSCR设备，其可以位于产生污染物(如NOx)的较大规模设备的“热侧”或“冷侧”(即尾端)。该RSCR设备包含复数个腔室，各腔室一般含有一个或一个以上导热区和一个或一个以上催化剂区。该RSCR设备也包含空余空间区(例如顶部空间区)，在该区域中气体在导热区和催化剂区来回流动。各个导热区的目的是为进入气体提供热量并从离去气体中提取热量。催化剂区的目的是引发催化还原反应，借助于这个反应含NOx气体中的NOx被转化成无害成分。该RSCR方法需要复数个或大量处理循环，在各个循环中将含NOx的气体引入该设备中进行处理来脱除NOx并释放到大气中。在引入该处理设备之前，将待处理的气体与至少一种在该气体中不存在的反应物(例如氨)混合。通过将被污染的气体引入RSCR设备中来开始每个循环。为了保证气体的温度对于发生催化作用来说足够高，通过一个导热区将热量传导给该气体。根据本专利技术的每个循环，该导热区将被预先加热或具有残余热量并且会将它的至少一部份热量传导给该气体。被加热的气体向前进入与导热区位于相同腔室中的催化剂区，并且接着发生催化作用。接着该气体离开该腔室并进入另一个腔室，在这个腔室中气体改变流动方向。优选的是，在气体到达这另一个腔室之前由一个或一个以上发热装置(例如一个或一个以上燃烧器)进行加热。在那里，气体经历进一步的催化作用然后遇到另一个导热区，该气体由于具有比该导热区更高的温度而放出热量。在这个导热区中的残余热量又可以向根据本专利技术RSCR方法的第二个循环被引入该设备中进行处理的另一含NOx气体提供热量。因此，该RSCR方法的每个循环不仅去除NOx气体，而且还提供热量以促进该方法中后续循环的执行。这使得该RSCR方法能够以进行的方式继续。和与传统的选择性催化还原反应(SCR)相比，本专利技术的RSCR方法具有若干重要的优点。例如，该方法的每个循环需要气体通过催化剂进行多方向的流动。因此，本专利技术允许必须依赖于间接加热设备来实现适当热传导水平的传统“冷侧”SCR方法中不曾有过的热传导以及热回收水平，而这些必须依赖于间接加热设备以实现适当的热传导水平。另外，尽管被处理的气体通过多个催化剂区向不同的方向移动，但是根据本专利技术的RSCR方法，氨漏失水平并不是非常高。这是非常出乎意料的。虽然不希望受理论限制，但本专利技术者认为没有过量氨漏失的至少部分原因在于催化剂上吸收的氨没有所预料的那样有效脱附。本专利技术的各种其它方面和实施例在下文中进行讨论。附图说明为了更充分的理解本专利技术的性质和所期望的目的，参考以下具体说明内容，该等说明内容与附图相结合，其中同样的参考符号表示在图示中所显示的若干视图中相对应的部件，且其中图1是在本专利技术的一个示例性实施例的RSCR方法第一个循环过程中，再生选择性催化还原反应(RSCR)设备的示意图；图2是在本专利技术的一个示例性实施例的RSCR方法第二个循环过程中图1设备的示意图；图3是在本专利技术的一个示例性实施例的RSCR方法第三个循环过程中图1和图2设备的示意图。具体实施例方式图1-3描绘一个再生选择性催化还原反应(RSCR)设备10。该RSCR设备10位于向环境中输出空气传播物质(例如烟道气)的其它工业设备(未图示)中。该工业设备的实例包含(但不限于)高温燃烧设备和发电机设备。设备10在该工业设备中的特定位置可以变化；然而根据本专利技术目前优选的实施例，该RSCR设备位于该工业设备的所谓“尾端”(即“冷侧”)。RSCR设备的其它例示性位置包含(但不限于)所谓的“热侧”位置，例如“热侧、低灰尘”位置。该RSCR设备10包含复数个腔室(也称为罐、箱、单元或节)20，含有污染物(例如含NOx)的气体在该等腔室中流入和流出以进行加热或者散热，并进行下文将详细描述的催化还原反应。RSCR设备10中腔室20的数目可以变化，具体数目是基于若干几种因素，这些因素包含(但不限于)RSCR设备10的尺寸、其中安置有RSCR设备的设备尺寸、含污染物气体中的污染物浓度、催化剂的选择和/或反应物的选择。根据本专利技术的一个例示性实施例，腔室20的数目可在二至九范围内，包括上下限。腔室20的数目目前优选小于或等于七。目前最优选并描述于图1-3中的是，该RSCR设备包含三个腔室20一个第一腔室20A、一个第二腔室20B及一个第三腔室20C。各腔室20可包含一个或一个以上导热区30和/或一个或一个以上催化剂区40。一般但不必需的是该RSCR设备10中导热区30的总数等于该设备中催化剂区40的总数。在一个RSCR设备10中导热区30的总数不等于该设备中催化剂区40的总数的实施例中，目前优选的是导热区的总数大于催化剂区的总数。每个腔室20也包含空余空间区，包含一个或一个以上顶部空间区50，该顶部空间区被定义为气体可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种再生性选择性催化方法，其包含以下步骤：（ａ）使预定浓度的至少一种反应物与预定量的含污染物气体混合以形成混合气体；（ｂ）将所述混合气体引入处理设备中；和（ｃ）在所述处理设备中处理所述混合气体以降低所述混合气体中污染 物的浓度，其中所述处理设备包括复数个导热区和复数个催化剂区，而且其中所述处理需要：（ｉ）使所述混合气体从所述复数个导热区的至少一个第一导热区接受热量并且给所述复数个导热区的至少一个第二导热区提供热量；（ｉｉ）使所述混合气体接 触至少所述复数个催化剂区的第一催化剂区和所述复数个催化剂区的第二催化剂区而且其中所述混合气体在至少所述复数个催化剂区的第一催化剂区和所述复数个催化剂区的第二催化剂区中的每一者经历催化还原反应；和（ｉｉｉ）使所述混合气体在所述处理过程 中在所述设备中沿至少第一方向和第二方向流动，所述第一方向不同于所述第二方向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：理查德F艾布拉姆斯，
申请(专利权)人：巴柏寇克动力环境公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]