一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NO_x的工藝及反應器的制作方法

專利名稱：一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NO_x的工藝及反應器的制作方法
技術領域：
本發明屬于煙氣污染控制技術領域，特別涉及一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx 的工藝及反應器。適用于燃煤電廠、工業鍋爐、裂化催化劑再生等的煙氣凈化方法。
背景技術：
氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，是導致酸雨、臭氧層破壞的重要原因之 一，嚴重損害人類的健康和生存環境。因此，世界各國相繼制定了 NOx的排放標準，并且隨 著人們環保意識的增強，對NOx的排放的限制日益嚴格。目前，煙氣NOx凈化技術主要包括(1)原料預處理技術；(2)煙氣后處理，包括選 擇性非催化還原(SNCR)法和選擇性催化還原(SCR)法；(3)反應器內還原技術，包括使用 脫硝催化劑、燃料分級、煙氣返回等。方法(1)需要對原料進行篩選、深加工處理等，通常需 要耗費大量的能源；方法(2)需要增加煙氣脫硝裝置，操作費用高；方法(3)在理論上是經 濟的脫NOx方法，但該方法催化劑容易失活，比如在SO2和富氧條件下，脫硝催化劑將很快失 活，而且燃料分級、煙氣返回的脫硝效率低一直沒有得到很好的解決。人們通常的解決方法 是開發新的高活性催化劑，卻鮮有通過創造還原氣氛還原脫除NOx的工藝方法，實現NOx的 脫除。本發明提出了高溫下利用CO還原脫除NOx的工藝方法。

發明內容
本發明的目的是提供一種一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的工藝及反應器。一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的工藝，其特征在于該工藝在多段流化床反應 器中進行，含有NOx的煙氣從所述的多段流化床反應器的第一段反應器的底部通入，同時在 每一段反應器的底部均通入一氧化碳氣體，含有NOx的煙氣順次經過每一段反應器，與流化 床反應器中的流化介質表面接觸并反應，第一段反應器中，通入的一氧化碳氣體與含有NOx 的煙氣的反應，在其后每一段反應器底部通入的一氧化碳氣體均與來自前一段反應器的煙 氣中未反應的NOx繼續反應，反應后的煙氣從最后一段反應器的頂部出口排出。所述多段流化床反應器為3 5段流化床反應器。選用多段流化床反應器的目的 是增加NOx在還原區的停留時間。所述流化介質為Al203、Si02、分子篩或FCC再生催化劑中的至少一種。所述流化介 質的顆粒大小在50 200 μ m之間。所述流化床反應器的每一段反應器中均裝填有所述流 化介質。一氧化碳還原NOx反應在0. 1 0. 5MPa的低壓下或常壓下進行，反應溫度在 600 800°C范圍內。所述煙氣的空速在2000 lOOOOh—1范圍內。所述煙氣中氧氣濃度為0. 5 5%，水蒸氣含量低于10%，優選的低于5%。
最后一段反應器中，氧含量低于0.5%，優選的氧含量低于0.2%。 通入所述多段流化床反應器中的一氧化碳氣體中，CO濃度為1 6%。可以采用CO與惰性氣體或者還原性氣體復配而得，也可以將反應后的煙氣作為一氧化碳氣體再通入 到所述的多段流化床反應器中。在所述第一段反應器中通入CO濃度優選1 5%，在第二段至后續段內流化床中 通入CO濃度優選2 6%。通入所述的多段流化床反應器中的一氧化碳氣體中CO總量與煙氣中氧含量的摩 爾比(C0/02)在2 6之間，優選的比值范圍在3 4之間。本方法適用于高溫、且氧含量高的煙氣中NOx的脫除。一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的反應器，該反應器為多段流化床反應器，其特 征在于在所述多段流化床反應器的每一段反應器的底部均設置氣體分配器。所述多段流化床反應器為3 5段流化床反應器。本發明的有益效果為本發明的核心是在無氧或低氧濃度下和高溫下利用CO還 原脫除N0X，優點是所用的流化介質價格低廉，可長時間使用，無需再生；通過兩段或多段流 化床反應器，配合工藝操作條件，能夠實現低NOx排放；本發明的脫硝方法所涉及的流化床 反應器屬常規氣固反應裝置，設備投資少，工藝過程經濟、高效。因此，本發明所涉及的高溫 煙氣脫硝方法具有很好的工業應用前景。


圖1為兩段流化床反應器結構示意圖；圖中標號1_第一段反應器；2-第二段反應器；3-第一段流化床反應器底部入 口 ；4_氣體分配器；5-氣體分配器；6-氣體分布板；7-氣體分布板；8-頂部氣體排出口 ； 9_催化劑進口 ；10-催化劑進口 ；11-催化劑卸料口 ；12-催化劑卸料口 ；13-—氧化碳氣體; 14- 一氧化碳氣體；15-含有NOx的煙氣；16-反應后的煙氣。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步說明實施例1 下面結合本發明的流化床反應器結構示意圖(附圖1)，對工藝方法做進一步說 明。該反應器為兩段流化床反應器，包括第一段反應器1和第二段反應器2兩個流化床反 應腔，在所述兩段流化床反應器的每一段反應器的底部均設置氣體分配器。含有NOx的煙氣15從第一段流化床反應器底部入口 3通入，并使流化床內的流化 介質處于流化狀態。一氧化碳氣體13由氣體分配器4通入第一段流化床反應器1的底部， CO與煙氣中的氧氣流化介質表面接觸反應，在此消耗掉煙氣中80 % 90 %的氧氣，同時CO 與NOx在流化介質表面接觸并反應。在第一段流化床中反應后的氣體通過氣體分布板7進入第二段流化床反應器2， 并使第二段反應器2中的流化介質處于流化狀態。一氧化碳氣體14由第二段流化床2底 部的氣體分配器5均勻分配到流化床中。在此，CO與來自第一段反應器的煙氣中未反應的 NOx繼續反應。在第二段反應器2反應后的煙氣16從頂部氣體排出口 8排出。優選的，煙氣16的一部分返回第一段反應器和/或第二段反應器，目的是既可降 低NOx的排放濃度，又為第一段反應器和/或第二段反應器提供CO。
實施例2 采用內徑為50mm的如實施例1中所述的兩段流化床反應器實驗，煙氣中NO濃度 為lOOOppm，O2含量3%，水蒸氣含量低于10%。空速βΟΟΟΙΓ1，反應溫度700°C，壓力為常壓， 0)/02摩爾比為4。所述流化床反應器的第一段和第二段反應器中裝填流化介質，流化介質 為SiO2微球，其顆粒大小在50 200 μ m之間。在第一段反應器通入⑶濃度為2%的一氧 化碳氣體中，第二段反應器通入CO濃度為6%的一氧化碳氣體時，反應后的NOx濃度可降低 至Ippm以下。NOx的脫除率達99%。實施例3 某FCC催化劑再生，該催化劑含碳量1. 35%，利用實施例1中所述的兩段流化床反 應器進行再生實驗，空速SOOOh-1，反應溫度700°C，壓力為常壓。煙氣中氧含量3%，水蒸氣 含量低于10%。不通入一氧化碳氣體時，煙氣中NOx濃度為200ppm;在第一段反應器通入 含CO的一氧化碳氣體，第二段反應器通入含4% CO的一氧化碳氣體時，煙氣中NOx的 濃度可降低至20ppm，NOx的脫除率達到90%，而且再生后的催化劑碳含量降低至0. 02%。實施例4一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的反應器，該反應器為三段流化床反應器，在所 述三段流化床反應器的每一段反應器的底部均設置氣體分配器。一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的工藝，該工藝在上述三段流化床反應器中進 行，含有NOx的煙氣從所述的三段流化床反應器的第一段反應器的底部通入，同時在每一段 反應器的底部均通入一氧化碳氣體，含有NOx的煙氣順次經過第一段反應器、第二段反應器 和第三段反應器，與流化床反應器中的流化介質表面接觸并反應，第一段反應器中，通入的 一氧化碳氣體與含有NOxW煙氣的反應，第二段反應器底部通入的一氧化碳氣體與第一段 反應器的煙氣中未反應的NOx繼續反應，第三段反應器底部通入的一氧化碳氣體與第二段 反應器的煙氣中未反應的NOx繼續反應，反應后的煙氣從最后一段反應器的頂部出口排出。在所述流化床反應器的第一段反應器、第二段反應器和第三段反應器中裝填流化 介質，所述流化介質為分子篩，其顆粒大小在120 μ m之間。一氧化碳還原NOx反應在0. 25MPa的低壓下進行，反應溫度為650°C。所述煙氣的空速為δΟΟΟΙΓ1。在第一段反應器中通入的一氧化碳氣體中CO濃度為1%，第二段反應器中通入的 一氧化碳氣體中CO濃度為3%，第三段反應器中通入的一氧化碳氣體中CO濃度為4%。通入所述的三段流化床反應器中的一氧化碳氣體中CO總量與煙氣中氧含量(C0/ O2)的摩爾比為4。所述煙氣中氧氣濃度為2%，水蒸氣含量低于10%，NOx濃度為lOOOppm。經過上 述三段流化床反應器后，煙氣中NOx濃度可降低至IOppm以下，NOx的脫除率可達95%以上。上述實施例為本發明的實施例證，本發明的應用并不局限于此。
權利要求
一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的工藝，其特征在于該工藝在多段流化床反應器中進行，含有NOx的煙氣從所述的多段流化床反應器的第一段反應器的底部通入，同時在每一段反應器的底部均通入一氧化碳氣體，含有NOx的煙氣順次經過每一段反應器，與流化床反應器中的流化介質表面接觸并反應，第一段反應器中，通入的一氧化碳氣體與含有NOx的煙氣的反應，在其后每一段反應器底部通入的一氧化碳氣體均與來自前一段反應器的煙氣中未反應的NOx繼續反應，反應后的煙氣從最后一段反應器的頂部出口排出。
2.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于所述多段流化床反應器為3 5段流化 床反應器。
3.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于所述流化介質為Al203、Si02、分子篩或FCC 再生催化劑中的至少一種，所述流化介質的顆粒大小在50 200 μ m之間。
4.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于一氧化碳還原NOx反應在0.1 0. 5MPa 的低壓下或常壓下進行，反應溫度在600 800°C范圍內。
5.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于所述煙氣的空速在2000 IOOOOtr1范圍內。
6.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于所述煙氣中氧氣濃度為0.5 5%，水蒸 氣含量低于10%。
7.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于通入所述多段流化床反應器中的一氧化 碳氣體中，CO濃度為1 6%。
8.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于將反應后的煙氣再通入到所述的多段流 化床反應器中。
9.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于通入所述的多段流化床反應器中的一氧 化碳氣體中CO總量與煙氣中氧含量的摩爾比在2 6之間。
10.一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的反應器，該反應器為多段流化床反應器，其特 征在于在所述多段流化床反應器的每一段反應器的底部均設置氣體分配器。
全文摘要
本發明公開了屬于煙氣污染控制技術領域的一氧化碳還原脫除高溫煙氣中NOx的工藝及反應器。該反應器為多段流化床反應器，其特征在于在所述多段流化床反應器的每一段反應器的底部均設置氣體分配器。該工藝在多段流化床反應器中進行，含有NOx的煙氣從所述的多段流化床反應器的第一段反應器的底部通入，同時在每一段反應器的底部均通入一氧化碳氣體，含有NOx的煙氣順次經過每一段反應器，與流化床反應器中的流化介質表面接觸并反應，反應后的煙氣從最后一段反應器的頂部出口排出。本發明的脫硝方法所涉及的流化床反應器屬常規氣固反應裝置，設備投資少，工藝過程經濟、高效。因此，本發明所涉及的高溫煙氣脫硝方法具有很好的工業應用前景。
文檔編號B01D53/56GK101961603SQ20101029646
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者李軍, 羅國華, 魏飛 申請人:清華大學