CN110314499B - 络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，包括:脱硝填料塔、络合液罐、催化还原反应设备、空压机和换热器；通过喷淋泵将络合液从络合液罐内抽出，然后经过换热器换热后从脱硝填料塔内部的喷淋层喷出；落到位于下方的填料层；在填料层中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收，吸收NOx后的络合液通过管道输送进入催化还原反应设备进行还原再生，催化还原反应设备利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液，在催化还原反应设备内设置有过滤层，用于过滤还原后的液体得到可再次使用的络合液；空压机通过设置在催化还原反应设备内的气体分布器将制造的压缩气体通入催化还原反应设备内，利用压力对钯炭催化剂和络合液进行过滤。

Description

络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统

技术领域

本发明涉及烟气净化领域，特别涉及一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统。

背景技术

目前，伴随燃料燃烧产生大量的SOx、NOx、PM对环境造成了巨大的污染，特别是NOx还会产生光化学烟雾，给人们的工作和生活带来了严重危害。因此在排放前必须对其进行处理。SCR脱硝工艺是目前主流的处理NOx的技术，但是目前工业化生产的SCR催化剂对烟气温度要求较敏感，分为高温、中温、低温三个区间，很难有一种催化剂能涵盖所有的温度区间。

发明内容

本发明提供一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，采用络合液(Fe-EDTA)对烟气中的NOx进行络合吸收，无需考虑烟气的温度因数，并且吸收后的络合液经催化还原后可以重复利用。

本发明实施例提供的一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，包括:脱硝填料塔、络合液罐、催化还原反应设备、空压机和换热器；

所述脱硝填料塔包括：壳体，在所述壳体侧面靠近底部位置设置有烟气入口，在所述壳体顶部设置有烟气出口；在所述壳体内部位于烟气出口下方设置有喷淋层；在所述喷淋层下方设置有填料层；在所述壳体底部设置有液封层；

所述络合液罐用于存放络合液，通过喷淋泵实现将络合液从络合液罐内抽出，然后经过换热器换热后从脱硝填料塔内部的喷淋层喷出；落到位于下方的填料层；在所述填料层中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收，吸收NOx后的络合液通过管道输送进入催化还原反应设备进行还原再生，所述催化还原反应设备利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液，在所述催化还原反应设备内设置有过滤层，用于过滤还原后的液体得到可再次使用的络合液；所述空压机通过设置在所述催化还原反应设备内的气体分布器将制造的压缩气体通入所述催化还原反应设备内，利用压力对钯炭催化剂和络合液进行过滤。

其中，在所述填料层中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收包括：

络合吸收的主要方程式为：Fe²⁺EDTA+NO→Fe²⁺EDTA(NO)；

主要副反应方程式为：Fe²⁺EDTA+O₂→Fe³⁺EDTA。

优选的，络合液通过换热器换热至40～50℃。

优选的，所述液封层包括U型弯管道。

其中，催化还原反应设备利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液包括：

催化还原反应的方程式为：

Fe²⁺EDTA(NO)+[H]→Fe²⁺EDTA+N₂↑+H₂O、

Fe³⁺EDTA+[H]→Fe²⁺EDTA+H₂O。

优选的，所述过滤层包括孔径为200～600目的滤布。

优选的，所述催化还原反应设备内设有导热油盘管加热系统，所述导热油盘管加热系统温度为55～70℃。

在一个实施例中，所述催化反应设备包括：

通道切换装置，包括一个输入端和两个输出端，所述输入端与输送吸收NOx后的络合液的管道连接；

第一催化还原反应器，与所述通道切换装置的其中一个输出端连接；

第二催化还原反应器，与所述通道切换装置的另一个输出端连接。

其中，所述通道切换装置包括：设置在其中一个输出端的第一阀门和设置在另一个输出端的第二阀门。

在一个实施例中，脱硝填料塔底端水平面高于所述催化还原反应设备的顶端水平面；所述催化还原反应设备的底端水平面高于所述络合液罐的顶端水平面。

在一个实施例中，络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，还包括：

气体流量计，设置在所述壳体的烟气入口处，用于检测进入所述脱硝填料塔的烟气的流量；

控制器，与所述气体流量计和喷淋泵连接；

所述控制器通过所述气体流量计获取烟气的流量大小，控制所述喷淋泵的喷淋流量，使液气比为1.5～4L/m³；

所述控制器根据壳体体积与气体流量计算出气体在所述脱硝填料塔内停留的时间，判断停留时间是否在预设范围内；

当不在预设范围内时，调节设置在气体流量计前端的抽气泵的抽气速度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统的示意图；

图2为本发明实施例中一种脱硝填料塔的示意图；

图3为本发明实施例中一种催化还原反应器的示意图；

图4为一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统流程图。

图中：1.络合液罐；2.第一阀门；3.喷淋泵；4.第二阀门；5.换热器；6.脱硝填料塔；7-1.第三阀门；7-2.第五阀门；8-1.第一催化还原反应器；8-2第二催化还原反应器；9-1.第四阀门；9-2.第六阀门；10.压缩空气入口；11.压缩空气出口；14.空压机；21.壳体；22.烟气入口；23.烟气出口；24.喷淋层；25.填料层；26液封层；27.络合液出液口；31.过滤层；32.导热油盘管加热系统；33.气体分布器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，如图1、2和3所示，包括:脱硝填料塔6、络合液罐1、催化还原反应设备8、空压机14和换热器5；

所述脱硝填料塔6包括：壳体21，在所述壳体21侧面靠近底部位置设置有烟气入口22，在所述壳体21顶部设置有烟气出口23；在所述壳体21内部位于烟气出口23下方设置有喷淋层24；在所述喷淋层24下方设置有填料层25；在所述壳体21底部设置有液封层26；

所述络合液罐1用于存放络合液，通过喷淋泵5实现将络合液从络合液罐1内抽出，然后经过换热器5换热后从脱硝填料塔6内部的喷淋层喷出；落到位于下方的填料层25；在所述填料层25中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收，吸收NOx后的络合液通过管道输送进入催化还原反应设备8进行还原再生，所述催化还原反应设备8利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液，在所述催化还原反应设备8内设置有过滤层31，用于过滤还原后的液体得到可再次使用的络合液；所述空压机14通过设置在所述催化还原反应设备8内的气体分布器33将制造的压缩气体通入所述催化还原反应设备8内，利用压力对钯炭催化剂和络合液进行过滤。

其中，在所述填料层25中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收包括：

络合吸收的主要方程式为：Fe²⁺EDTA+NO→Fe²⁺EDTA(NO)；

主要副反应方程式为：Fe²⁺EDTA+O₂→Fe³⁺EDTA。

优选的，络合液通过换热器5换热至40～50℃。

优选的，所述液封层26包括U型弯管道。U型弯道一端设置在催化还原器得外部用于连接烟气管道，另一端设置在液封层26下，液封层26的高度位于U型管的两根管子之间；当采用络合液作为液封层26时，脱硝填料塔6的络合液出液口27的高度高于U型管的出烟口。当烟气要进入脱硝填料塔6时，烟气将U型管道中的液体推出，当烟气都进入脱硝填料塔6后，液体回流到U型管内；通过液封防止烟气回流。

其中，催化还原反应设备8利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液包括：

催化还原反应的方程式为：

Fe²⁺EDTA(NO)+[H]→Fe²⁺EDTA+N₂↑+H₂O、

Fe³⁺EDTA+[H]→Fe²⁺EDTA+H₂O。

优选的，所述过滤层31包括孔径为200～600目的滤布。

优选的，所述催化还原反应设备8内设有导热油盘管加热系统32，所述导热油盘管加热系统32温度为55～70℃。

在一个实施例中，所述催化反应设备包括：

通道切换装置，包括一个输入端和两个输出端，所述输入端与输送吸收NOx后的络合液的管道连接；

第一催化还原反应器，与所述通道切换装置的其中一个输出端连接；

第二催化还原反应器，与所述通道切换装置的另一个输出端连接。

其中，所述通道切换装置包括：设置在其中一个输出端的第一阀门和设置在另一个输出端的第二阀门。

第一阀门为打开状态，第二阀门为关闭状态，吸收NOx后的络合液进入第一催化还原反应器中；第一阀门为关闭状态，第二阀门为打开状态，吸收NOx后的络合液就进入第二催化还原反应器中。第一催化还原反应器在接收吸收NOx后的络合液时第二催化还原反应器内的已经接收的吸收后的络合液进行催化还原反应。同样的，第二催化还原反应器在接收吸收NOx后的络合液时第一催化还原反应器内的已经接收的吸收后的络合液进行催化还原反应。通过第一催化还原反应器和第二催化还原反应器交替使用保证系统的持续运行。

在一个实施例中，脱硝填料塔6底端水平面高于所述催化还原反应设备8的顶端水平面；所述催化还原反应设备8的底端水平面高于所述络合液罐1的顶端水平面。

通过上述设置，可以使络合液在重力的作用下进行转移，减少泵浦的使用，节约能源。

在一个实施例中，络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，还包括：

气体流量计，设置在所述壳体21的烟气入口处，用于检测进入所述脱硝填料塔6的烟气的流量；

控制器，与所述气体流量计和喷淋泵5连接；

所述控制器通过所述气体流量计获取烟气的流量大小，控制所述喷淋泵5的喷淋流量，使液气比为1.5～4L/m³；

通过调整喷淋流量使液气比达到最理想状态，在吸收烟气中NOx的基础上不浪费络合液。

所述控制器根据壳体21体积与气体流量计算出气体在所述脱硝填料塔6内停留的时间，判断停留时间是否在预设范围(5～10s)内；

当不在预设范围内时，调节设置在气体流量计前端的抽气泵的抽气速度。

保证烟气在脱硝填料塔6中停留的时间，使烟气中的NOx能够与络合液充分反应。

在一个实施例中，某含NOx的烟气(温度450℃，气量2000m³/h)，通过一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统处理，其操作工艺步骤如下：

络合液罐1有络合液4m³，第一催化还原反应器8-1中有待再生的的络合液4m³；

开始络合吸收，络合液喷淋量为6m³/h，烟气与络合液在脱硝填料塔6中逆流接触，络合吸收的主要反应方程式为：

Fe²⁺EDTA+NO→Fe²⁺EDTA(NO)，

主要副反应方程式为：

Fe²⁺EDTA+O₂→Fe³⁺EDTA。

为使络合吸收的效果最好，络合吸收的液气比为1.5～4L/m³，温度为40～50℃，烟气在塔内停留时间为5～10s。

为了保证烟气不泄露，脱硝塔底部络合液出口管路设置U型弯管道液封。

阀门7-1开、7-2关，吸收后的络合液流入第一催化还原反应器8-1中，阀门7-1关、7-2开，吸收NOx后的络合液流入第二催化还原反应器8-2中；

在络合吸收的同时第一催化还原反应器8-1开始反应，按照13kg/m³，3kg/m³的量分别加入甲酸钠和甲酸，空压机14连接到压缩空气入口10并以0.5～1m³/min的气量通过气体分布器向反应器中鼓气(压缩空气出口11汇入烟气入口)。其中，第一催化还原反应器内设导热油盘管加热系统和气体分布器，气体分布器孔径φ为2～4mm，再生温度为55～70℃，络合液在温度55～70℃下反应大概20min；

反应完毕后给催化还原反应器8-1打压0.1～0.2MPa，打开阀门9-1开始过滤，过滤采用滤布的孔径为200～600目，得到再生好络合液以12m³/h的流量加入到络合液罐1，还原再生的过程大约20min；

催化还原反应的方程式为：

Fe²⁺EDTA(NO)+[H]→Fe²⁺EDTA+N₂↑+H₂O、

Fe³⁺EDTA+[H]→Fe²⁺EDTA+H₂O。

两催化还原反应器的切换使用是依靠阀门的切换来实现的。

络合液罐1在第一催化还原反应器8-1或第二催化还原反应器8-2的下方，可利用重力势能来进行络合液的转移，利用压力对钯炭催化剂和络合液进行过滤。

此时，络合液罐1有4m³再生好的络合液，而催化还原反应器8-2中有4m³待再生的络合液，完成了一次催化还原反应器之间的切换，重复2-4步骤，使得反应得以连续进行；

上述过程中，再生前络合液c(Fe2+)＝0.012mol/L，络合吸收NOx的效率仅有30％左右，再生后络合液c(Fe2+)＝0.058mol/L，络合吸收NOx的效率可达85％以上。

在使用第一催化还原反应器8-1接收络合液时，络合液的从络合液罐1出来流经第一阀门2、喷淋泵3、第二阀门4、换热器5进入到脱硝填料塔6；在脱硝填料塔6中络合吸收烟气中的NOx；从脱硝络合塔中出来经过第三阀门7-1进入到第一催化还原反应器8-1中。当第一催化还原反应器8-1将络合液还原后，打开第四阀门9-1流入络合液罐1。

在使用第二催化还原反应器8-2接收络合液时，络合液的从络合液罐1出来流经第二阀门2、喷淋泵3、第二阀门4、换热器5进入到脱硝填料塔6；在脱硝填料塔6中络合吸收烟气中的NOx；从脱硝络合塔中出来经过第五阀门7-2进入到第二催化还原反应器8-2中。当第二催化还原反应器8-2将络合液还原后，打开第六阀门9-2流入络合液罐1。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，包括:脱硝填料塔、络合液罐、催化还原反应设备、空压机和换热器；

所述脱硝填料塔包括：壳体，在所述壳体侧面靠近底部位置设置有烟气入口，在所述壳体顶部设置有烟气出口；在所述壳体内部位于烟气出口下方设置有喷淋层；在所述喷淋层下方设置有填料层；在所述壳体底部设置有液封层；

所述络合液罐用于存放络合液，通过喷淋泵实现将络合液从络合液罐内抽出，然后经过换热器换热后从脱硝填料塔内部的喷淋层喷出，落到位于下方的填料层；在所述填料层中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收，吸收NOx后的络合液通过管道输送进入催化还原反应设备进行还原再生，所述催化还原反应设备利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液，在所述催化还原反应设备内设置有过滤层，用于过滤还原后的液体得到可再次使用的络合液；所述空压机通过设置在所述催化还原反应设备内的气体分布器将制造的压缩气体通入所述催化还原反应设备内，利用压力对钯炭催化剂和络合液进行过滤；

所述催化还原反应设备利用钯炭催化剂、甲酸和甲酸钠体系还原再生络合液包括：

催化还原反应的方程式为：

Fe²⁺EDTA(NO)+[H]→Fe²⁺EDTA+N₂↑+H₂O、

Fe³⁺EDTA+[H]→Fe²⁺EDTA+H₂O。

2.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，在所述填料层中烟气中的NOx与络合液充分接触吸收包括：

络合吸收的主要方程式为：Fe²⁺EDTA+NO→Fe²⁺EDTA(NO)；

主要副反应方程式为：Fe²⁺EDTA+O₂→Fe³⁺EDTA。

3.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，络合液通过换热器换热至40～50℃。

4.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，所述液封层包括U型弯管道。

5.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，所述过滤层包括孔径为200～600目的滤布。

6.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，所述催化还原反应设备内设有导热油盘管加热系统，所述导热油盘管加热系统温度为55～70℃。

7.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，所述催化反应设备包括：

通道切换装置，包括一个输入端和两个输出端，所述输入端与输送吸收NOx后的络合液的管道连接；

第一催化还原反应器，与所述通道切换装置的其中一个输出端连接；

第二催化还原反应器，与所述通道切换装置的另一个输出端连接。

8.如权利要求7所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，所述通道切换装置包括：设置在其中一个输出端的第一阀门和设置在另一个输出端的第二阀门。

9.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，所述脱硝填料塔底端水平面高于所述催化还原反应设备的顶端水平面；所述催化还原反应设备的底端水平面高于所述络合液罐的顶端水平面。

10.如权利要求1所述的络合吸收协同催化还原再生脱硝工艺的中试系统，其特征在于，还包括：

气体流量计，设置在所述壳体的烟气入口处，用于检测进入所述脱硝填料塔的烟气的流量；

控制器，与所述气体流量计和喷淋泵连接；

所述控制器通过所述气体流量计获取烟气的流量大小，控制所述喷淋泵的喷淋流量，使液气比为1.5～4L/m³；

所述控制器根据壳体体积与气体流量计算出气体在所述脱硝填料塔内停留的时间，判断停留时间是否在预设范围内；

当不在预设范围内时，调节设置在气体流量计前端的抽气泵的抽气速度。

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