本實(shí)用新型涉及一種用于氣體脫硝的錯(cuò)流式陶瓷膜裝置及膜管，屬于氣體凈化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氮氧化物(NO_x)是大氣主要污染物之一，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人類健康。目前脫硝常用的技術(shù)之一為氨氣選擇性催化還原法，常規(guī)的方法是將催化劑涂覆在蜂窩或多孔陶瓷載體表面，將載體至于密閉容器中，兩股煙氣(高溫NO_x與NH₃)匯集到一個(gè)管道后流入容器，NO_x與NH₃反應(yīng)生成N₂和水蒸氣，達(dá)到脫硝的目的。

但是這種脫硝方法存在著反應(yīng)效率低、催化劑容易受到原料氣中雜質(zhì)的污染而中毒的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提出了一種利用內(nèi)表面負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜的脫硝反應(yīng)器，將NO_x與N₂分開(kāi)進(jìn)料，利用陶瓷膜孔徑分布窄且易控的優(yōu)點(diǎn)，該反應(yīng)器利用管式陶瓷膜的內(nèi)部通道實(shí)現(xiàn)錯(cuò)流效果，再?gòu)闹螌觽?cè)供入NO_x原料氣，NO_x經(jīng)陶瓷膜外表面經(jīng)支撐體與膜層孔道“曝氣式”進(jìn)入陶瓷膜通道，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)多孔支撐層去除掉部分雜質(zhì)，并通過(guò)多孔支撐體實(shí)現(xiàn)NO_x原料氣的平穩(wěn)供料，在管式陶瓷膜的內(nèi)表面催化劑層上實(shí)現(xiàn)界面反應(yīng)，同時(shí)利用錯(cuò)流效果將反應(yīng)產(chǎn)物去除，提高了催化反應(yīng)效率。

技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型的第一個(gè)方面：

一種負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜，其構(gòu)型為管式膜，陶瓷膜的外壁為多孔支撐層，在多孔支撐層內(nèi)部為通道，在多孔支撐層的內(nèi)側(cè)表面負(fù)載有脫硝催化劑層。

所述的脫硝催化劑層的材質(zhì)選自CeO₂、V₂O₅、MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃、MgO中的一種或幾種的混合構(gòu)成的催化劑。

多孔支撐層是由從外至內(nèi)的陶瓷膜支撐體層和陶瓷膜膜層所構(gòu)成；所述的管式膜的內(nèi)部通道數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)。

陶瓷膜支撐體層孔隙率在15～60%，孔徑在10～100μm；陶瓷膜膜層孔隙率在15～60%，孔徑在0.5～20μm。

本實(shí)用新型的第二個(gè)方面：

一種用于氣體脫硝的錯(cuò)流式陶瓷膜裝置，包括有脫硝反應(yīng)器殼體，內(nèi)部設(shè)置有負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜，負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜的外部與脫硝反應(yīng)器殼體之間形成腔體，在脫硝反應(yīng)器殼體內(nèi)部還設(shè)置有密封件，密封件將腔體與負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜的內(nèi)部通道相隔離，在脫硝反應(yīng)器殼體上設(shè)置有與腔體相連通的殼體進(jìn)氣口，脫硝反應(yīng)器殼體上還設(shè)置有陶瓷膜進(jìn)氣口和陶瓷膜出氣口相連通，分別連接于負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜通道的兩端。

本實(shí)用新型的第三方面：

一種脫硝方法，包括如下步驟：

i). 采用負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜，將含有NO_x的原料氣從管式陶瓷膜的管外側(cè)壓入膜管內(nèi)，并滲透至脫硝催化劑層；

ii). 將含有NH₃的原料氣從負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜的通道送入，并形成含有NH₃的原料氣從通道表面錯(cuò)流流動(dòng)，使NH₃和NO_x在脫硝催化劑層表面進(jìn)行催化反應(yīng)。

反應(yīng)溫度是320～380℃，含NH₃的原料氣進(jìn)料壓力4～80Kpa，含NOx的原料氣的進(jìn)料壓力5～100Kpa。

有益效果

主要是采用具有雙層或多層結(jié)構(gòu)的陶瓷膜，在陶瓷膜內(nèi)表面負(fù)載催化劑，并且將氮氧化物與氨氣錯(cuò)流式進(jìn)料，制備用于氣體脫硝的錯(cuò)流式陶瓷膜裝置。其中氮氧化物還利用陶瓷膜的多孔性進(jìn)行“曝氣式”進(jìn)氣，與陶瓷膜通道中的氨氣在催化劑的作用下充分反應(yīng)，脫硝效率較傳統(tǒng)方法更高。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型提供的用于脫硝的錯(cuò)流式陶瓷膜裝置正視圖示意圖；

圖2是本實(shí)用新型提供的用于脫硝的錯(cuò)流式陶瓷膜裝置俯視圖示意圖；

圖3是負(fù)載催化劑的陶瓷膜俯視示意圖。

其中，1、腔體；2、負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜；3、殼體進(jìn)氣口；4、陶瓷膜進(jìn)氣口；5、陶瓷膜出氣口；6、陶瓷膜支撐體層；7、陶瓷膜膜層；8、脫硝催化劑層；9、陶瓷膜通道；10、脫硝反應(yīng)器殼體；11、密封件。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供了一種負(fù)載催化劑的陶瓷膜，它是管式膜，既可以是單管式，也可以是多通道式（即內(nèi)部有多條孔道），單管式陶瓷膜的結(jié)構(gòu)如圖3所示，管外壁是陶瓷膜支撐體層6，陶瓷膜支撐體層6的內(nèi)壁側(cè)設(shè)置陶瓷膜膜層7，在陶瓷膜膜層7的內(nèi)壁側(cè)設(shè)置催化劑層8，其中陶瓷膜支撐體層6和陶瓷膜膜層7作為整體為多孔支撐層，在其它的實(shí)施方式中，既可以單獨(dú)采用支撐體層，也可以單獨(dú)采用陶瓷膜膜層，也可以采用依次由外向內(nèi)布置的支撐體層和膜層，只要外部為支撐層內(nèi)部負(fù)載催化劑層，都可以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的。

作為催化劑層8的材料，已經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)所公開(kāi)，可以采用諸如：CeO₂、V₂O₅、MnO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃、MgO中的一種或幾種的混合構(gòu)成的催化劑。

所述支撐體可以增加陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)其要求是有較大的孔徑和孔隙率，以增加氣體的滲透性，減小氣體輸送阻力。支撐體的孔隙率在15～60%，更優(yōu)選20～40%。

所述膜層用于負(fù)載催化劑，防止催化劑的涂覆與燒結(jié)過(guò)程中浸入支撐體孔道，當(dāng)支撐體孔徑在，可直接在支撐體上涂覆催化劑層。膜層的孔隙率在15～60%，更優(yōu)選20%～40%。

所述的支撐體孔徑在10～5000μm，優(yōu)選范圍是500～800μm。

所述的膜層孔徑在0.5～200μm，優(yōu)選范圍是50～100μm。

所述支撐體與膜層均為多孔結(jié)構(gòu)，除了增加陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度與負(fù)載催化催化劑的作用以外，可以用于均勻分布、進(jìn)入膜管內(nèi)部的NO_x氣體，讓NO_x氣體“曝氣式”進(jìn)入陶瓷膜通道，NO_x氣體與NH₃在催化劑的作用下反應(yīng)更加充分。

本實(shí)用新型中的NO_x是指氮氧化合物，例如：NO、NO₂等。

通道的截面形狀可以使選自正方形、六邊形、三角形或者圓形，而膜管的外壁所形成的截面形狀也可以類似地選自這些形狀，并且通道的截面與膜管的外壁形成的截面的形狀可以相同，也可以不同。在一些優(yōu)選的情況下，最好是兩個(gè)截面形狀都相同，因?yàn)榉奖闵a(chǎn)加工；另外，截面形狀最好是采用圓形，可以較大的保證膜面積，并且適合生產(chǎn)成型。

所述的支撐體和/或膜層的材質(zhì)選自碳化硅、硅藻土、莫來(lái)石、氧化鋁、氧化鋯或者氧化鈦，其中特別適用于氧化鋁、氧化鋯和氧化鈦材質(zhì)的支撐體和/或膜層，因?yàn)槠渚哂休^好的穩(wěn)定性。

該反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括有脫硝反應(yīng)器殼體10，內(nèi)部設(shè)置有負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜2，負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜2的外部與脫硝反應(yīng)器殼體10之間形成腔體1，在脫硝反應(yīng)器殼體10內(nèi)部還設(shè)置有密封件11，密封件11將腔體1與負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜2的內(nèi)部通道相隔離，在脫硝反應(yīng)器殼體10上設(shè)置有與腔體1相連通的殼體進(jìn)氣口3，脫硝反應(yīng)器殼體10上還設(shè)置有陶瓷膜進(jìn)氣口4和陶瓷膜出氣口5相連通，分別連接于負(fù)載催化劑的管式陶瓷膜2通道的兩端。

裝置運(yùn)行過(guò)程中，NO_x與NH₃分開(kāi)進(jìn)料，NO_x從殼體進(jìn)氣口3進(jìn)入反應(yīng)器，而NH₃從陶瓷膜進(jìn)氣口4進(jìn)料，反應(yīng)產(chǎn)生從另一端的陶瓷膜出氣口5離開(kāi)。利用陶瓷膜孔徑分布窄且易控的優(yōu)點(diǎn)，在陶瓷膜支撐體或膜層上負(fù)載一層催化劑，NO_x經(jīng)陶瓷膜外表面經(jīng)支撐體與膜層孔道“曝氣式”進(jìn)入陶瓷膜通道與NH₃混合，并在催化劑的作用下充分反應(yīng)，生成N₂與水蒸氣。

陶瓷膜脫硝運(yùn)行試驗(yàn)

本實(shí)用新型采用的陶瓷膜脫硝試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，將多根陶瓷膜管豎直裝配在裝置中，裝置內(nèi)部形成的空腔為NO_x(氣)殼程，陶瓷膜管的通道為NH₃(氣)管程，NO_x透過(guò)膜管支撐體層、膜層、催化劑層進(jìn)入陶瓷膜管內(nèi)部與緩慢流動(dòng)的NH₃在催化劑的作用下充分反應(yīng)，生成N₂和水蒸氣。

實(shí)施例1

試驗(yàn)在不同的以下條件下都進(jìn)行了測(cè)試：

組件中共安裝有9根陶瓷膜管，從截面上看為3*3排列，膜管長(zhǎng)度為1m。膜管是單管，尺寸外形：圓形，外徑12mm，內(nèi)徑8mm。

含NO₂的空氣從反應(yīng)器殼程進(jìn)入，NO_x濃度1000mg/Nm³，溫度350℃，壓力為15KPa，流量0.3m³/min。

膜管通道內(nèi)通NH₃純氨熱解之后純氨氣，進(jìn)膜流量0.3m³/min，溫度310℃，壓力為10Kpa。

采用支撐體與膜層的孔隙率45%，材料都為氧化鋁的膜管，支撐體的平均孔徑為50μm，膜層平均孔徑10μm，催化劑層厚度20μm，是V₂O₅催化劑，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后，裝置出口NO_x濃度下降至95mg/Nm³，脫硝效率為90.5%。

實(shí)施例2

試驗(yàn)在不同的以下條件下都進(jìn)行了測(cè)試：

組件中共安裝有16根陶瓷膜管，從截面上看為4*4排列，膜管長(zhǎng)度為1.2m。膜管是單管，尺寸外形：圓形，外徑20mm，內(nèi)徑14mm。

含NO₂的空氣從反應(yīng)器殼程進(jìn)入，NO_x濃度1000mg/Nm³，溫度320℃，壓力為18KPa，流量0.5m³/min。

膜管通道內(nèi)通NH₃純氨熱解之后純氨氣，進(jìn)膜流量0.2m³/min，溫度340℃，壓力為12Kpa。

采用支撐體與膜層的孔隙率35%，材料都為氧化鋯的膜管，支撐體的平均孔徑為1000μm，膜層平均孔徑分別采用20、50、100、200μm，催化劑層厚度20μm，是V₂O₅催化劑，經(jīng)過(guò)反應(yīng)后，在不同孔徑條件下出口NO_x濃度和脫硝效率如下：

實(shí)施例3

試驗(yàn)在不同的以下條件下都進(jìn)行了測(cè)試：

組件中共安裝有9根陶瓷膜管，從截面上看為3*3排列，膜管長(zhǎng)度為1.0m。膜管是單管，尺寸外形：圓形，外徑10mm，內(nèi)徑5mm。

含NO₂的空氣從反應(yīng)器殼程進(jìn)入，NO_x濃度1500mg/Nm³，溫度360℃，壓力為12KPa，流量0.4m³/min。

膜管通道內(nèi)通NH₃純氨熱解之后純氨氣，進(jìn)膜流量0.5m³/min，溫度320℃，壓力為11Kpa。

采用支撐體與膜層的孔隙率40%，材料都為氧化鋯的膜管，支撐體的平均孔徑分別采用200、500、800、1000、2000μm，膜層平均孔徑分別采用50μm，催化劑層厚度15μm，是V₂O₅催化劑。

在不同支撐體孔徑條件下出口NO_x濃度和脫硝效率如下：

對(duì)比例1

與實(shí)施例1的區(qū)別是：將NO_x與NH₃均從進(jìn)料口4進(jìn)入反應(yīng)器，NO₂氣體和NH₃氣體流量都相同，反應(yīng)條件相同，裝置出口NO_x濃度下降至540 mg/Nm³，脫硝效率為46%。