用于廢氣純化的方法和裝置制造方法
【專利摘要】為了純化含有與CO、VOC或一氧化二氮結(jié)合的氮氧化物的廢氣，特別是由生產(chǎn)水泥熟料、硝酸、己二酸、肥料和三氧化鈾產(chǎn)生的廢氣，使用具有至少兩個(gè)再生器(A,B)的再生式熱后燃燒系統(tǒng)，CO、VOC和一氧化二氮借助于該系統(tǒng)在800至1000℃的溫度下在燃燒室(1)中被熱純化，并且通過添加氮-氫化合物用SCR催化劑(6)將氮氧化物熱還原，其中已被熱純化的廢氣在大約300℃的溫度下在合適的位置從相應(yīng)的兩部分再生器(A或B)中被移出，經(jīng)由SCR催化劑(6)在固定的流向上被導(dǎo)引，并隨后反饋到再生器(A或B)的剩余區(qū)段(A’,B’)。
【專利說明】用于廢氣純化的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分涉及一種方法。本發(fā)明還涉及用于實(shí)施該方法 的裝置以及該裝置的用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 從DE 19905733 B4中已知再生式熱后燃燒系統(tǒng)與選擇性催化還原（SCR)的結(jié)合。 在這種方法中，SCR催化劑材料各自被布置在再生式熱交換器材料上，從而當(dāng)在再生器入口 添加還原劑時(shí)實(shí)現(xiàn)了具有高熱效率的徹底催化脫氮。然而，這種方法不允許同時(shí)純化有機(jī) 組分，因?yàn)榇呋瘎┥戏降臏囟炔蛔阋詿嵫趸袡C(jī)污染物。
[0003] 從EP 472 605 B1中已知一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的廢氣純化方法，其中 再生器被堅(jiān)直分為三個(gè)部分（圖4)。首先，廢氣流過再生器的下部低溫區(qū)段，然后通過中 心的SCR催化劑，其中氨從廢氣中被吸收。隨后，廢氣在再生器的上部高溫區(qū)段被加熱到 800°C，有機(jī)物質(zhì)在相鄰的燃燒室中被熱燃燒。按這種方式預(yù)純化的廢氣然后流過第二個(gè)高 溫再生器，并將熱量輸送到其蓄熱體。隨后，在大約430至230°C的溫度下，氮氧化物（N0 X) 與被吸收的氨在催化劑層上被還原。
[0004] 該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，其導(dǎo)致在流動(dòng)方向上，SCR催化劑上方的溫度分布高度波 動(dòng)，正如在熱交換器中那樣，其也仍隨循環(huán)時(shí)間而變化。出于工藝相關(guān)的原因，不可能在SCR 催化劑的最佳溫度下遍及其全部體積對(duì)其進(jìn)行操作。此外，溫度的永久性變化意味著對(duì)SCR 催化劑的高機(jī)械應(yīng)力。
[0005] 進(jìn)一步的缺點(diǎn)是，如果N0X被還原成氮（N 2)則放熱。在高N0X濃度的情況下，單釋 放的熱量就限制了最大N0X入口濃度，因?yàn)椴蝗坏脑扴CR催化劑將經(jīng)受由過熱引起的快速 熱老化。在同樣必須考慮SCR催化劑長度上的溫度分布及其波動(dòng)的情況下，最大N0 xAD 濃度大幅度降低。
[0006] 進(jìn)一步的主要缺點(diǎn)是，在具有三個(gè)再生器的已知工藝中，如果要使用由相對(duì)柔軟 的材料制成的均勻擠出的材料或波紋狀SCR催化劑代替明顯更昂貴的涂有SCR-催化活性 涂層（washcoat)的陶瓷蜂窩熱交換器，則出于結(jié)構(gòu)上的原因，每個(gè)再生器有至少三個(gè)柵板 是必要的。
[0007] 此外，每個(gè)再生器中必須提供足夠數(shù)量的催化劑，因此與單個(gè)SCR系統(tǒng)相比，在系 統(tǒng)具有兩個(gè)再生器的情況下，催化劑的數(shù)量要加倍，并且在系統(tǒng)具有三個(gè)再生器的情況下， 催化劑的數(shù)量要三倍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此在一方面，本發(fā)明的目的是在再生式熱工藝中利用來自有機(jī)組分以及一氧化 碳（C0)的熱氧化或后燃燒和/或一氧化二氮（N 20)熱還原成氮（N2)的全部能量含量-如 果可能的話，不需要任何的外部能量供給-方式是通過提高反應(yīng)所產(chǎn)生的溫度，并且還使 用后者借助于選擇性催化還原進(jìn)行脫氮，并且在另一方面，在不需要單獨(dú)供給能量的情況 下提供在SCR催化劑的最佳工作溫度下遍及其全部體積對(duì)其進(jìn)行操作的可能性。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，這是通過以權(quán)利要求1為特征的方法實(shí)現(xiàn)的。在權(quán)利要求2至9中 描述根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方案。涉及用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選裝置的權(quán)利 要求10由權(quán)利要求11至14的措施進(jìn)一步展開。權(quán)利要求15涉及根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu) 選用途。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，在熱后燃燒系統(tǒng)中純化含有可用大氣氧氧化的可熱純化的化合物以 及氮氧化物和/或在熱純化期間形成氮氧化物的化合物的廢氣?？裳趸目蔁峒兓幕?物（特別）是揮發(fā)性有機(jī)化合物（V0C)、一氧化碳、氨和一氧化二氮，其中氨（NH 3)被還原成 氮（N2)、N0X和水，并且其中一氧化二氮（N 20)被還原成N2和02以及被氧化成N0X。除了一 氧化二氮外，在熱純化期間，在高于1KKTC的溫度下（如像在燃燒器火焰中）或者借助于 例如胺、腈或氰化物的含氮有機(jī)化合物（特別地）可熱形成氮氧化物，因此不需要使用催化 劑。
[0011] 后燃燒系統(tǒng)具有至少兩個(gè)填充有蓄熱體并連接到共同的燃燒室的再生器。要純化 的廢氣被交替地供給到其蓄熱體已被預(yù)熱的原料氣體入口再生器，并且從燃燒室出來的熱 純化廢氣到清潔氣體出口再生器，用于其蓄熱體的加熱以及氮氧化物與氮借助于還原劑的 SCR反應(yīng)。
[0012] 不論原料氣體溫度如何，為了達(dá)到SCR反應(yīng)所需的溫度，都不需要消耗額外的能 量。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，后燃燒系統(tǒng)的至少兩個(gè)再生器在流動(dòng)方向上各自被分成兩部分，即 再生器的背著燃燒室的第一區(qū)段和再生器的朝著燃燒室的第二區(qū)段。所述至少兩個(gè)再生器 具有共同的SCR催化劑，其中在燃燒室中熱純化的廢氣在已經(jīng)于清潔氣體出口再生器的與 燃燒室相鄰的區(qū)段中冷卻后達(dá)到SCR反應(yīng)所需的大約300°C的溫度，并且與還原劑混合，被 供給到共同的催化劑用于形成清潔氣體。
[0014] 借助于SCR催化劑獲得的原料氣體將其熱量輸送到清潔氣體出口再生器的背著 燃燒室的第二區(qū)段的蓄熱體，并且然后被引導(dǎo)到外部。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的方法（具有在最佳催化劑溫度下通過SCR催化劑的流量恒定的優(yōu) 點(diǎn)），也有可能使用擠出的SCR催化劑，例如基于五氧化二釩（V205)、三氧化鎢（W03)和/或 二氧化鈦（Ti02)的催化劑，這些催化劑對(duì)機(jī)械應(yīng)力和溫度變化的抵抗力很小，但從另一方 面來說，這些催化劑較便宜。
[0016] 不論再生器的數(shù)量如何，可僅用一個(gè)SCR催化劑實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，其通流 總是在相同的方向上，不依賴于熱后燃燒系統(tǒng)的循環(huán)。
[0017] 為了達(dá)到SCR反應(yīng)所需的溫度，SCR反應(yīng)不需要消耗額外的能量，因?yàn)榍鍧崥怏w出 口再生器中的廢氣可在朝著燃燒室的區(qū)段被移出，從而處于合適的位置。選擇此合適的位 置，使得在溫度優(yōu)選至少800°C的燃燒室中純化的廢氣在流過清潔氣體出口再生器的與燃 燒室相鄰的區(qū)段后已經(jīng)以這樣的方式冷卻，以使得SCR反應(yīng)所需的溫度被調(diào)節(jié)，其中該溫 度優(yōu)選為200至400°C，特別是250至350°C，并且特別優(yōu)選為280至320°C。
[0018] 為了確保SCR催化劑的選擇性和最大限度地減少SCR催化劑的老化，而且還防止 so 2氧化成so3，必須要選擇如此確定的工作溫度窗口。
[0019] 通過將還原劑供給到燃燒室里，燃燒室中的氮氧化物可以熱的手段（因此不是催 化手段）被預(yù)脫氮，方式是通過將它們還原成氮。
[0020] 為還原燃燒室中的氮氧化物，優(yōu)選使用作為水溶液的氮-氫化合物。氨、尿素或氨 基甲酸可例如被用作氮-氫化合物。
[0021] 為了降低燃燒室中熱脫氮所需的反應(yīng)溫度，可以將添加劑加到氮-氫化合物中， 例如諸如醇的有機(jī)化合物。為了氮-氫化合物的水溶液在燃燒室中的最佳分布，可以設(shè)置 兩個(gè)流體噴嘴或超聲霧化器，各自具有恒定或脈動(dòng)的泵預(yù)壓力。
[0022] 通過供給還原劑到燃燒室里，通常原料氣體的氮氧化物載量的大約50%被移除； 在燃燒室中的熱N0 X還原期間可能的氨逸出被相鄰的SCR催化劑用作額外的還原劑，如此 根據(jù)本發(fā)明，在SCR反應(yīng)期間不發(fā)生氨排放以及還原劑需求的同時(shí)減少。作為還原劑，也可 以使含V0C的還原劑介入燃燒室，例如來自攝影行業(yè)或化學(xué)工業(yè)的廢水，其除了氨外還含 有相當(dāng)量的有機(jī)溶劑。
[0023] 對(duì)于SCR反應(yīng)，以水溶液或以氣態(tài)形式經(jīng)由單級(jí)或雙級(jí)混合裝置將作為還原劑的 氮-氫化合物（例如氨）供給到清潔氣體出口再生器的直接在SCR催化劑的上游朝著燃燒 室的第二區(qū)段。
[0024] 再生式熱后燃燒系統(tǒng)的蓄熱體優(yōu)選由擠出的棱柱形陶瓷蓄熱體構(gòu)成，該擠出的棱 柱形陶瓷蓄熱體具有多個(gè)在氣流方向上延伸的氣體流路通道，例如EP 472 605 B1中所描 述的那樣。SCR催化劑也可由以SCR催化劑材料制成并且具有在氣流方向上延伸的氣體流 路通道的這種擠出的棱柱形陶瓷蓄熱體構(gòu)成。
[0025] 在與還原劑混合前，熱純化的廢氣優(yōu)選流過陶瓷散裝床，目的是為了在廢氣進(jìn)入 SCR催化劑前均化其溫度。陶瓷填充材料由優(yōu)選為鞍形或環(huán)形的陶瓷成型體構(gòu)成。其在SCR 催化劑的截面區(qū)域上分布加入的還原劑，并同樣減少SCR催化劑入口處的溫度波動(dòng)。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，廢氣如此在循環(huán)中被交替地供給到至少一個(gè)其蓄熱體已被預(yù)熱的原 料氣體入口再生器。按這種方式純化的廢氣被供給到燃燒室，所述燃燒室具有超過800°C的 高溫，特別是850至1000°C。在此高溫下，V0C由廢氣中的大氣氧燃燒，和/或一氧化二氮 被熱轉(zhuǎn)化成氮。當(dāng)流過清潔氣體出口再生器的朝著燃燒室的區(qū)段時(shí)，所產(chǎn)生的熱量被輸送 到此區(qū)段。通過從兩部分清潔氣體出口再生器的朝著燃燒室的區(qū)段中排出廢氣，有可能經(jīng) 由SCR催化劑在所有的循環(huán)中在相同的方向上引導(dǎo)廢氣。在流動(dòng)分布和溫度均化后，在循 環(huán)中供給與還原劑混合的廢氣通過陶瓷散裝床到在大約300°C的最佳工作溫度下的SCR催 化劑。清潔氣體、（及）因此也借助于SCR催化劑被純化的廢氣將剩余的熱量輸送到兩部 分清潔氣體出口再生器的背著燃燒室的區(qū)段，使得由SCR反應(yīng)產(chǎn)生的熱量也可以被利用。
[0027] 如果不用還原劑實(shí)施熱還原，例如在800至850°C的溫度下，廢氣在燃燒室中的停 留時(shí)間優(yōu)選為〇. 5至3秒，特別是0. 7至1. 5秒。相比而言，在使用還原劑進(jìn)行熱SNCR還 原的情況下，在超過850°C、特別是900至950°C的燃燒室溫度下，停留時(shí)間優(yōu)選為1至4秒， 特別是1. 5至2秒。當(dāng)一氧化二氮被熱分解時(shí)，在優(yōu)選900至1000°C、特別是950至970°C 的燃燒室溫度下，停留時(shí)間優(yōu)選為1至3秒，特別是1. 5至2秒。
[0028] 為了移除原料氣體入口再生器中含有的殘余廢氣，優(yōu)選在廢氣流的方向改變之前 使用來自另外的兩部分再生器的清潔氣體將各原料氣體入口再生器吹掃一個(gè)循環(huán)。關(guān)于 V0C或一氧化碳，可以實(shí)現(xiàn)大于99. 5%的純化效率。
[0029] 在較高廢氣流速的情況下，提供根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的多個(gè)再生器對(duì)來代替兩個(gè)或三 個(gè)再生器。這使得有可能將單個(gè)再生器的尺寸限制在可運(yùn)輸?shù)囊?guī)模上。此外，通過再生器 的順序路線減小了 SCR催化劑的交替熱應(yīng)力負(fù)荷。與具有三個(gè)再生器的系統(tǒng)相比，SCR催 化劑的交替負(fù)荷例如僅為具有五個(gè)再生器的系統(tǒng)情況的50%，以及僅為具有七個(gè)再生器的 系統(tǒng)情況的33%。
[0030]在用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置中，連接到共同燃燒室的至少兩個(gè)再生器優(yōu) 選被布置成彼此平行。它們各自具有兩個(gè)優(yōu)選布置成在堅(jiān)直方向上彼此疊置并填充有蓄熱 體的區(qū)段。具有對(duì)至少兩個(gè)再生器為共同的SCR催化劑的固定件（mounting)側(cè)向附接到 所述區(qū)段。
[0031] 為將催化劑連接到至少兩個(gè)再生器的下區(qū)段和上區(qū)段，固定件具有切斷閥，優(yōu)選 為提動(dòng)閥，它們的布置方式使得料流可通過或繞過（即不通過）SCR催化劑。
[0032]本發(fā)明通常適用于純化含有可用廢氣中的大氣氧氧化的可熱純化的化合物以及 氮氧化物和/或在熱后燃燒系統(tǒng)的燃燒室中的熱純化期間形成氮氧化物的化合物的廢氣。
[0033] 因此，根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置特別適用于純化由生產(chǎn)水泥熟料、 硝酸、己二酸和肥料所產(chǎn)生的廢氣。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法和/或根據(jù)本發(fā)明的裝置適用 于純化由生產(chǎn)三氧化鈾所產(chǎn)生的廢氣，所述三氧化鈾是通過在氧氣氛中加熱重鈾酸銨（鈾 精礦）得到的。
[0034] 關(guān)于具有五個(gè)帶吹掃選項(xiàng)的再生器的裝置，再生器的切斷閥的循環(huán)順序路線（即 示意路線圖）以舉例的方式描述于下表中，其中切斷閥的編號(hào)與附圖的圖3對(duì)應(yīng)，并且再生 器被相應(yīng)地表示為A至E。"0"表示關(guān)閉的切斷閥，并且"1"表示打開的切斷閥。
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種純化廢氣的方法，所述廢氣含有可用所述廢氣中的氧進(jìn)行氧化的可熱純化的化 合物以及氮氧化物和/或在后燃燒系統(tǒng)中的熱純化期間形成氮氧化物的化合物，所述后燃 燒系統(tǒng)具有至少兩個(gè)填充有蓄熱體（3)并連接到共同的燃燒室（1)的再生器（A，B-.)，其 中將所述廢氣交替地供給到原料氣體入口再生器（A或B)，其蓄熱體（3)已被預(yù)熱，并且從 所述燃燒室（1)出來的熱純化廢氣被供給到清潔氣體出口再生器（B或A)，用于其蓄熱體 (3)的加熱以及所述氮氧化物借助于還原劑選擇性地催化還原成氮，其特征在于，至少兩個(gè) 再生器（A，B…）在流動(dòng)方向上各自被分成兩部分，即所述再生器（A'，A";B'，B"）的背著 所述燃燒室（1)和朝著所述燃燒室（1)的區(qū)段，并且所述至少兩個(gè)再生器（A，B…具有 用于所述選擇性催化還原的共同催化劑（6)，其中在冷卻到與所述燃燒室（1)相鄰的所述 清潔氣體出口再生器（A，B…）的區(qū)段中的選擇性催化還原所需的溫度并與所述 還原劑混合后，在所述燃燒室（1)中熱純化的廢氣被供給到所述共同的催化劑（6)，用于形 成清潔氣體，所述清潔氣體在其已經(jīng)將熱量輸送到背著所述燃燒室（1)的所述清潔氣體出 口再生器（A，B…）的區(qū)段（A'，B'）的蓄熱體（3)后被引導(dǎo)到外部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，要純化的廢氣含有作為可氧化的可熱純 化的化合物的揮發(fā)性有機(jī)化合物、一氧化碳、氨和/或一氧化二氮以及作為在所述熱純化 期間形成氮氧化物的化合物的氨、一氧化二氮和/或含氮揮發(fā)性有機(jī)化合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述選擇性催化還原所需的溫度為200至 400。。。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，能夠通過將還原劑供入到所述燃 燒室（1)當(dāng)中而使存在的或在所述燃燒室（1)中形成的氮氧化物熱預(yù)脫氮。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，燃燒室（1)中的溫度為至少 800°C，并且在熱脫氮的情況下為至少900°C。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在已經(jīng)與所述還原劑混合后，所述 熱純化的廢氣優(yōu)選流過陶瓷填充材料（15)，用于在所述廢氣進(jìn)入所述催化劑（6)前均化其 溫度。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，氮-氫化合物用于將所述燃燒室 (1)中的氮氧化物還原和/或利用催化劑（6)還原成氮。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述廢氣在所述燃燒室（1)中的 停留時(shí)間為〇. 3至1秒，并且在熱脫氮的情況下為1至4秒。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，設(shè)置另外的再生器（A至E)用于在 清潔氣體流到所述清潔氣體出口再生器前用其吹掃所述原料氣體入口再生器（A至E)。
10. 用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法的裝置，其特征是后燃燒系統(tǒng)帶有至 少兩個(gè)具有共同燃燒室（1)的再生器（A，B)，它們各自具有布置成彼此疊置并填充有蓄熱 體（3)的兩個(gè)區(qū)段（A'，A";B'，B"），并且?guī)в杏糜谶x擇性催化還原的催化劑（6)的共同固 定件（22)側(cè)向附接到其上，其中所述固定件（22)具有用于將所述催化劑（6)連接到所述 下區(qū)段（A'，B'）和所述上區(qū)段（A"和B"）的切斷閥（V-4A，V-5A，V-6A;V-4B，V-5B，V-6B)， 其中有或沒有通過所述催化劑（6)的流動(dòng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述固定件（22)具有對(duì)所述至少兩個(gè) 再生器（A，B)為共同的上部收集管道（25)和對(duì)所述至少兩個(gè)再生器（A，B)為共同的下部 收集管道（26)，前者用于將所述熱純化的廢氣供給到所述催化劑（6)，后者用于以所述催 化劑（6)純化的清潔氣體，空間（27)布置在每個(gè)再生器（A，B)的所述上管道（25)與所述 下管道（26)之間，其中所述切斷閥（V-4A，V-5A，V-6A) (V-4B，V-5B，V-6B)用于將所述上部 收集管道（25)經(jīng)由所述催化劑（6)連接到所述下部收集管道（26)，或者用于將所述再生器 (A，B)的下區(qū)段（A'，B'）經(jīng)由所述空間（27)連接到其上區(qū)段（A"，B"）。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，用于為采用所述催化劑（6)的選擇性催 化還原供給所述還原劑的噴嘴（11)設(shè)置在所述上部收集管道（25)中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10至12之一所述的裝置，其特征在于，在所述催化劑（6)上設(shè)置陶 瓷填充材料（15)，用于均化所述廢氣的溫度并將后者與所述還原劑混合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至13之一所述的裝置，其特征在于，設(shè)置多對(duì)再生器（A至E)，它 們各自具有布置成彼此疊置并填充有蓄熱體（3)的兩個(gè)區(qū)段（A'，A"，B'，B"），并且?guī)в杏?于選擇性催化還原的催化劑（6)的共同固定件（22)側(cè)向附接到其上，其中所述固定件（22) 包括用于經(jīng)由所述催化劑（6)將所述上部收集管道（25)連接到所述下部收集管道（26)或 者將所述再生器（A至E)的所述下區(qū)段（A'，B'）連接到所述上區(qū)段（A"，B"，…）的切斷 閥（V-4A至V-4E、V-5A至V-5E、V-6A至V-6E)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14之一的裝置的用途，用于純化由生產(chǎn)水泥熟料、硝酸、己二 酸、肥料和三氧化鈾產(chǎn)生的廢氣。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK104379237SQ201480000858
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月29日
【發(fā)明者】克里斯蒂安·穆勒德 申請(qǐng)人:化學(xué)熱處理技術(shù)有限責(zé)任公司