一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法，该系统集氨脱除催化剂模块、氨氧化催化剂模块和选择性催化还原催化剂模块于一体，控制氨脱除、氨氧化和选择性催化还原反应的温度、空速比和气体流速，对高浓度氨废气进行处理时，效率高，尾气排放可以满足国家相应标准，同时，不涉及洗涤操作进行处理高浓度氨废气，不受气液平衡(VLE)的限制，也不会产生任何废水，无二次固废产生。

An integrated catalytic conversion system and its method for reducing ammonia emission from tail gas

【技术实现步骤摘要】
一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法
本专利技术属于尾气处理设备
，具体涉及一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法。
技术介绍
氨逃逸是多种工业过程中遇到的共性问题，例如氨气洗涤塔、氨基CO2捕获和用于半导体工业的碱式碳酸铜生成过程，其中氨作为反应物、反应产物或污染物出现。逃逸氨的浓度可以从几个ppmv到若干百分率之间不等。鉴于NH3是一种低嗅阈值的刺激性恶臭气体，实测嗅阈值为0.03–43mg/Nm3，因此在选择和设计烟气净化系统时，必须考虑氨逃逸的环境和健康效应。氨的转化可以通过三种不同途径来实现：一是在催化剂存在条件下进行氨还原或氨分解反应(R1):2NH3＝N2+3H2,ΔH298＝109.0kJ/mol(R1)该反应是强烈吸热的，需在高温下才能达到较高转化率。所用催化剂称为氨分解催化剂。另一种途径是在温和氧化性气氛中，并有催化剂存在的条件下，进行氨脱除反应(R2):4NH3+3O2＝2N2+6H2O,ΔH298＝–1269.0kJ/mol(R2)该反应是强烈放热反应，因此从热力学角度它要求的温度较低，但为了克服反应动力学限制，需要使用催化剂。用于这一反应的催化剂通称为氨脱除催化剂，其活性成分一般是过渡金属氧化物。第三种途径是，在更强的氧化性气氛中，例如在硝酸生产过程中，氨会在催化剂存在时被进一步氧化：4NH3+5O2＝4NO+6H2O,ΔH298＝–907.3kJ/mol(R3)<br>现有氨氧化催化剂中，较常用的是铂基和钴基(活性成分为Co3O4)催化剂。为了减少氨逃逸，最优选的反应是(R2)。但是，该反应对最希望的产物(即N2)的选择性受到反应(R3)的影响，甚至会受到更不希望出现的如下反应的影响：4NH3+4O2＝2N2O+6H2O,ΔH298＝–1104.9kJ/mol(R4)在各种烟气系统中，温度和氧浓度的变化范围很广，因此上述副反应和副产物在真实应用中几乎无可避免。因此，可靠的脱氨系统和方法必须考虑这些副反应，并能有效地克服它们的不利影响。解决从选择性催化还原(SCR)过程中的氨逃逸问题的现有技术中，通常会采用一种氨逃逸催化剂(亦称氨脱除催化剂、氨清除催化剂)。然而，这种装置不是针对高浓度(>100ppmv)氨逃逸设计的。在单独使用时，用于脱除逃逸氨气的氨脱除催化剂通常不足以应对氨气入口浓度高于500ppmv的情况，因为副反应会生成N2O、NO和NO2等副产物。
技术实现思路
本专利技术的目的是在现有技术的基础上，提供一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统，本专利技术集氨脱除催化剂模块、氨氧化催化剂模块和选择性催化还原催化剂模块于一体，不涉及洗涤操作进行处理高浓度氨废气，不受气液平衡(VLE)的限制，也不会产生任何废水，无二次固废产生。本专利技术的另一目的是提供一种上述集成式催化转化系统降低尾气氨排放的方法。本专利技术的技术方案如下：一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统，该系统包括：尾气入口，该尾气入口用于导入尾气气流；流动界面扩张段，该流动界面扩张段与尾气入口连接，在所述流动界面扩张段内设有使进入流动界面扩张段内部的气流在流动界面扩大时能均匀分配的气流分配装置；热管理装置，该热管理装置设于所述流动界面扩张段的下游，用于控制从所述流动界面扩张段导出的尾气气流的温度；氨脱除催化剂模块，该氨脱除催化剂模块位于所述热管理装置的下游，所述氨脱除催化剂模块用于在自由氧存在的条件下使所述尾气气流中的大部分NH3(氨气)转化为N2(氮气)和H2O(水)；氨氧化催化剂模块，该氨氧化催化剂模块位于所述氨脱除催化剂模块的下游，所述氨氧化催化剂模块用于使所述氨脱除催化剂模块导出的尾气气流中的少量的NH3(氨气)和N2O(一氧化二氮)转化为NO(一氧化氮)和NO2(二氧化氮)；选择性催化还原催化剂模块，该选择性催化还原催化剂模块位于所述氨氧化催化剂模块的下游，所述选择性催化还原催化剂模块用于在NH3存在的条件下使所述氨氧化催化剂模块导出的尾气气流中的NO和NO2转化为N2和H2O；以及尾气出口，该尾气出口用于排出所述选择性催化还原催化剂模块导出的尾气气流；或者，该系统还包括气流混合装置和气流旁通管：所述气流混合装置位于所述氨氧化催化剂模块的下游；所述气流混合装置的入口与所述氨氧化催化剂模块的出口连通；所述气流混合装置的出口与选择性催化还原催化剂模块的入口连通；所述气流旁通管的入口与所述流动界面扩张段连通，所述气流旁通管的出口与所述气流混合装置的入口连通，所述气流旁通管上设有控制气流旁通管中气流流量的流量控制阀。进一步的，氨脱除催化剂模块是由一个或多个包含氨脱除催化剂的颗粒床层或蜂窝型氨脱除催化剂的切块组成；氨氧化催化剂模块是由一个或多个包含氨氧化催化剂的颗粒床层或蜂窝型氨氧化催化剂的切块组成；选择性催化还原催化剂模块是由一个或多个包含选择性催化还原催化剂的颗粒床层或蜂窝型选择性催化还原催化剂的切块组成。本专利技术提及的氨脱除催化剂模块中所使用的氨脱除催化剂，其活性成分为现有技术中常见的过渡金属氧化物，例如，Cu、Mn、Co、Ti和/或Zr等金属氧化物。上述氨脱除催化剂可以但不局限于：Co-Mn复合氧化物催化剂、Cu-Mn复合氧化物催化剂、Ti-Mn复合氧化物催化剂、Zr-Mn复合氧化物催化剂、Co-Cu-Mn复合氧化物催化剂或Co-Ti-Mn复合氧化物催化剂中的一种或几种。本专利技术提及的氨氧化催化剂模块中所使用的氨氧化催化剂，其活性成分为现有技术中常见的贵金属氧化物，例如Pt、Pd和/或Ag等金属氧化物。上述氨氧化催化剂可以但不局限于：Pt-Ag复合氧化物催化剂、Pt-Pd复合氧化物催化剂、Ag-Pd复合氧化物催化剂或Pt-Pd-Ag复合氧化物催化剂中的一种或几种。本专利技术提及的选择性催化还原催化剂模块中所使用的选择性催化还原催化剂，其活性成分为金属V、W和/或Ti等金属氧化物。上述选择性催化还原催化剂可以但不局限于：V-W复合氧化物催化剂、V-Ti复合氧化物催化剂、W-Ti复合氧化物催化剂或V-W-Ti复合氧化物催化剂中的一种或几种。进一步的，氨脱除催化剂模块的入口处设有温度传感器和氧传感器；选择性催化还原催化剂模块的下游设有氨检测器。进一步的，选择性催化还原催化剂模块与尾气出口之间设有流动截面缩减段。进一步的，系统还包括控制器，该控制器与热管理装置电性连接，用于控制氨脱除催化剂模块的入口处的气流温度；控制器与流量控制阀电性连接，用于控制气流旁通管中气流流量。控制器可以针对氨检测器检测到的逃逸氨气浓度、含氨气的待处理尾气温度、氧含量进行分析，并反馈至气流旁通管中气流流量的流量控制阀和热管理装置，实现对整个系统的控制。热管理装置根据控制器反馈的信息，从而控制燃料流量和送风流量之间的比例，实现对氨脱除催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统，其特征在于，该系统包括：/n尾气入口(100)，该尾气入口(100)用于导入尾气气流；/n流动界面扩张段(120)，该流动界面扩张段与尾气入口(100)连接，在所述流动界面扩张段(120)内设有使进入流动界面扩张段(120)内部的气流在流动界面扩大时能均匀分配的气流分配装置(130)；/n热管理装置(150)，该热管理装置(150)设于所述流动界面扩张段(120)的下游，用于控制从所述流动界面扩张段(120)导出的尾气气流的温度；/n氨脱除催化剂模块(200)，该氨脱除催化剂模块(200)位于所述热管理装置(150)的下游，所述氨脱除催化剂模块(200)用于在自由氧存在的条件下使所述尾气气流中的大部分NH

【技术特征摘要】
1.一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统，其特征在于，该系统包括：
尾气入口(100)，该尾气入口(100)用于导入尾气气流；
流动界面扩张段(120)，该流动界面扩张段与尾气入口(100)连接，在所述流动界面扩张段(120)内设有使进入流动界面扩张段(120)内部的气流在流动界面扩大时能均匀分配的气流分配装置(130)；
热管理装置(150)，该热管理装置(150)设于所述流动界面扩张段(120)的下游，用于控制从所述流动界面扩张段(120)导出的尾气气流的温度；
氨脱除催化剂模块(200)，该氨脱除催化剂模块(200)位于所述热管理装置(150)的下游，所述氨脱除催化剂模块(200)用于在自由氧存在的条件下使所述尾气气流中的大部分NH3转化为N2和H2O；
氨氧化催化剂模块(300)，该氨氧化催化剂模块(300)位于所述氨脱除催化剂模块(200)的下游，所述氨氧化催化剂模块(300)用于使所述氨脱除催化剂模块(200)导出的尾气气流中少量的NH3和N2O转化为NO和NO2；
选择性催化还原催化剂模块(400)，该选择性催化还原催化剂模块(400)位于所述氨氧化催化剂模块(300)的下游，所述选择性催化还原催化剂模块(400)用于在NH3存在的条件下使所述氨氧化催化剂模块(300)导出的尾气气流中的NO和NO2转化为N2和H2O；以及
尾气出口(500)，该尾气出口(500)用于排出所述选择性催化还原催化剂模块(400)导出的尾气气流；
或者，该系统还包括气流混合装置(350)和气流旁通管(160)：
所述气流混合装置(350)位于所述氨氧化催化剂模块(300)的下游；所述气流混合装置(350)的入口与所述氨氧化催化剂模块(300)的出口连通；所述气流混合装置(350)的出口与选择性催化还原催化剂模块(400)的入口连通；
所述气流旁通管(160)的入口与所述流动界面扩张段连通(120)，所述气流旁通管(160)的出口与所述气流混合装置(350)的入口连通，所述气流旁通管(160)上设有控制气流旁通管中气流流量的流量控制阀(180)。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氨脱除催化剂模块(200)是由一个或多个包含氨脱除催化剂的颗粒床层或蜂窝型氨脱除催化剂的切块组成；所述氨氧化催化剂模块(300)是由一个或多个包含氨氧化催化剂的颗粒床层或蜂窝型氨氧化催化剂的切块组成；所述选择性催化还原催化剂模块(400)是由一个或多个包含选择性催化还原催化剂的颗粒床层或蜂窝型选择性催化还原催化剂的切块组成。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氨脱除催化剂模块(200)的入口处设有温度传感器(170)和氧传感器(190)；所述选择性催化还原催化剂模块(400)的下游设有氨检测器(450)。


4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统还包括控制器(600)，所述控制器(600)与所述热管理装置(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绚天，孙进，徐学骁，胡晓茜，
申请(专利权)人：南京工大环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32