減少?gòu)U排氣中的氮氧化物的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氮氧化物的減排系統(tǒng)和方法，具體地，涉及減少發(fā)電裝置的廢排氣中的氮氧化物的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]廢排氣是指燃料，如煤、柴油、汽油或天然氣燃燒后排出的廢氣。在絕大部分情況下，廢排氣中會(huì)包括一小部分有毒的物質(zhì)，比如由于不完全燃燒導(dǎo)致的一氧化碳(CO)、以及由于過高的燃燒溫度導(dǎo)致的氮氧化物(NOx)。在這樣的情況下，在將廢排氣排放到大氣之前需要對(duì)其進(jìn)行處理以減少其中的有毒物質(zhì)。比如，由于世界范圍內(nèi)生效的排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，對(duì)于先進(jìn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的商業(yè)應(yīng)用而言，控制其氮氧化物排放量變得至關(guān)重要。
[0003]一種廣泛地用來控制稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物排放量的方法是在選擇催化還原(selective catalytic reduct1n, SCR)催化劑的作用下用還原劑將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。在各種不同的選擇催化還原技術(shù)中，以氨為還原劑的選擇催化還原技術(shù)(NH3-SCR)具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，比如，可在很寬的溫度范圍實(shí)現(xiàn)高還原效率，轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾母哌x擇性，催化劑的穩(wěn)定性能比其他替代技術(shù)如以烴或尿素為還原劑的選擇催化還原技術(shù)或稀油氮氧化物捕集技術(shù)更好。
[0004]目前一般是在廠區(qū)外購(gòu)買氨再將其運(yùn)輸?shù)教幚韽U排氣的場(chǎng)地的，這就需要用來運(yùn)輸和儲(chǔ)存氨的裝置，比如氨儲(chǔ)存罐等。這些裝置會(huì)增加整個(gè)的運(yùn)作成本。
[0005]因此需要一種可行的方法，用更現(xiàn)成更容易獲得的材料來減少?gòu)U排氣中的氮氧化物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種氮氧化物減排系統(tǒng)，其包括以含氫元素的燃料來發(fā)電的發(fā)電裝置、與來自所述發(fā)電裝置的含氮氧化物的廢排氣流體連通的廢排氣管道、用來將所述含氫元素的燃料中的一部分與氮?dú)膺M(jìn)行重整來產(chǎn)生氨的等離子反應(yīng)器、以及含有氨選擇催化還原(NH3-SCR)催化劑的氮氧化物減排反應(yīng)器。其中所述氮氧化物減排反應(yīng)器接收所述廢排氣和所述氨，并通過讓廢排氣中的氮氧化物與氨反應(yīng)生成氮?dú)鈦頊p少?gòu)U排氣中的氮氧化物。
[0007]本發(fā)明的另一方面涉及一種氮氧化物減排方法，在該方法中，接收來自發(fā)電裝置的含氮氧化物的廢排氣，其中該發(fā)電裝置以含氫元素的燃料發(fā)電，在等離子反應(yīng)器中將所述含氫元素的燃料中的一部分與氮?dú)膺M(jìn)行重整來原位產(chǎn)生氨，讓所述氮氧化物與所述原位產(chǎn)生的氨在氨選擇催化還原(NH3-SCR)催化劑的作用下反應(yīng)形成氮?dú)猓瑏頊p少?gòu)U排氣中的氮氧化物。
【附圖說明】
[0008]通過結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0009]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種示例性的氮氧化物減排系統(tǒng)。
[0010]圖2顯示了一種用來進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)的以氨為還原劑的選擇催化還原系統(tǒng)的流程示意圖，其中該系統(tǒng)包括基于屏蔽滑動(dòng)放電的非熱表面等離子重整裝置。
[0011]圖3顯示了測(cè)試實(shí)驗(yàn)中氮氧化物轉(zhuǎn)化率隨CH4 = NOx比率的變化關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下將對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行描述。除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請(qǐng)說明書以及權(quán)利要求書中使用的“一個(gè)”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個(gè)。本文中所使用的近似性的語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數(shù)量有一定的變動(dòng)。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數(shù)值不限于該準(zhǔn)確數(shù)值本身。此外，在“大約第一數(shù)值到第二數(shù)值”的表述中，大約同時(shí)修正第一和第二數(shù)值兩個(gè)數(shù)值。在某些情況下，近似性語言可能與測(cè)量?jī)x器的精度有關(guān)。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種氮氧化物減排系統(tǒng)和方法，用來減少?gòu)U排氣，比如，使用化石燃料的發(fā)電廠，尤其是以含氫元素的燃料來發(fā)電的發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)忮仩t中產(chǎn)生的廢排氣中的氮氧化物。其中所述含氫元素的燃料中可能含氫氣或烴類，其具體實(shí)例包括但不限于甲烷和合成氣(氫氣和一氧化碳的混合物)。所述氮氧化物減排系統(tǒng)是一種等離子體輔助后處理系統(tǒng)，其包括與所述廢排氣流體連通的廢排氣管道、用來讓一部分的含氫元素的燃料與氮反應(yīng)來原位產(chǎn)生氨的等離子反應(yīng)器、以及用來接收所述廢排氣和所述原位產(chǎn)生的氨，并使廢排氣中的氮氧化物與氨反應(yīng)來減少氮氧化物的氮氧化物減排反應(yīng)器。所述氮氧化物減排系統(tǒng)設(shè)有氨選擇催化還原(NH3-SCR)催化劑，該催化劑可增強(qiáng)氮氧化物和氨轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾恼w轉(zhuǎn)化率。此處所述的“原位”是指用來還原氮氧化物使其轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾陌笔窃谒鰪U排氣釋放或排放和(或)所述氮氧化物被還原的地點(diǎn)產(chǎn)生的，與在場(chǎng)外購(gòu)買或生產(chǎn)氨的“非原位”情況相反，在特定的情況下，“原位”是指用所述廢排氣釋放或排放和(或)所述氮氧化物被還原的地點(diǎn)可獲得的資源來生產(chǎn)氨。
[0014]如圖1所示，在發(fā)電裝置如發(fā)動(dòng)機(jī)102所在的場(chǎng)地，有等離子反應(yīng)器104和氮氧化物減排反應(yīng)器106。所述等離子反應(yīng)器104可重整所述含氫元素的燃料如甲烷和合成氣等和氮?dú)鈦碓划a(chǎn)生氨。所述氮氧化物減排反應(yīng)器106設(shè)有可用氨將氮氧化物還原為氮?dú)獾腘H3-SCR催化劑。用廢排氣管道108來將含氮氧化物的廢排氣從發(fā)電裝置102輸送到氮氧化物減排反應(yīng)器106，用管道110將等離子反應(yīng)器104中產(chǎn)生的氨輸送到所述氮氧化物減排反應(yīng)器106。在所述NH3-SCR催化劑的作用下，所述廢排氣中的氮氧化物與氨反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)化成沒有毒性的氮?dú)狻?br>[0015]所述在等離子反應(yīng)器104中重整的含氫元素的燃料可來自于供應(yīng)給所述發(fā)電裝置102的燃料。在一些實(shí)施例中，所述供應(yīng)給發(fā)電裝置102的燃料可包括甲烷，比如，可包括90%體積百分比或更高的甲烷，或進(jìn)一步地，包括95%體積百分比或更高的甲烷。特別地，所述供給發(fā)電裝置102的燃料就是甲烷，即甲烷的體積百分含量大于99%的燃料。在一些實(shí)施例中，所述供給發(fā)電裝置102的燃料可包括合成氣，比如，可包括90%體積百分比或更高的合成氣，或進(jìn)一步地，包括95%體積百分比或更高的合成氣。特別地，所述供給發(fā)電裝置102的燃料就是合成氣，即合成氣的體積百分含量大于99%的燃料。在圖示的實(shí)施例中，從用來給發(fā)電裝置102供應(yīng)燃料的燃料供應(yīng)管道114分支出來的燃料分支管道112被用來從所述燃料供應(yīng)管道114中轉(zhuǎn)移一部分燃料到所述等離子反應(yīng)器104。在這些實(shí)施例中，只需重整少量的燃料和氮?dú)獾幕旌臀锞湍墚a(chǎn)生足量的氨來進(jìn)行氮氧化物減排處理，與重整含有氮氧化物和一些未燃燒的燃料的廢排氣來產(chǎn)生氨的方法相比，可用更少的能量來獲得足夠的氨。特別地，只在等離子反應(yīng)器104中重整一小部分的燃料。比如，在一些實(shí)施例中，只將供應(yīng)到發(fā)電裝置102中的燃料中小于1%體積百分比的，或進(jìn)一步地，小于0.5%體積百分比的部分轉(zhuǎn)移到等離子反應(yīng)器104中進(jìn)行重整。
[0016]用于等離子反應(yīng)器104中重整含氫元素的燃料的氫氣可能來自于廢排氣、空氣或任何其他氫氣來源。在一些實(shí)施例中，所述廢排氣或空氣直接用于重整。在一些實(shí)施例中，是將氮?dú)鈴乃鰪U排氣或空氣中分離出來后再用于重整。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述用于重整燃料的氫氣來自于供應(yīng)到發(fā)電裝置102中用來發(fā)電的空氣，分支于給發(fā)電裝置102供應(yīng)空氣的空氣供應(yīng)管道118的空氣分支管道116被用來從所述空氣供應(yīng)管道118中轉(zhuǎn)移一部分空氣到所述等離子反應(yīng)器104作為氫氣來源。在另一個(gè)具體的實(shí)施例中，所述用于重整燃料的氫氣來自于發(fā)電裝置102的廢排氣，分支于所述廢排氣管道108的廢排氣分支管道120被用來轉(zhuǎn)移一部分所述廢排氣到所述等離子反應(yīng)器104作為氫氣來源。
[0017]可用計(jì)量器來對(duì)輸送到所述等離子反應(yīng)器中的含氫元素的燃料和氮?dú)?或氮?dú)鈦碓?進(jìn)行計(jì)量，用控制器對(duì)所述計(jì)量進(jìn)行控制。在一些實(shí)施例中，所述含氫元素的燃料為甲烷(CH4),其在氮?dú)?N2)中的濃度范圍可為0.1-50%體積百分比?？捎帽O(jiān)控裝置來監(jiān)控CH4I