用于废气纯化的方法和装置制造方法

用于废气纯化的方法和装置制造方法
【专利摘要】为了纯化含有与CO、VOC或一氧化二氮结合的氮氧化物的废气，特别是由生产水泥熟料、硝酸、己二酸、肥料和三氧化铀产生的废气，使用具有至少两个再生器(A,B)的再生式热后燃烧系统，CO、VOC和一氧化二氮借助于该系统在800至1000℃的温度下在燃烧室(1)中被热纯化，并且通过添加氮-氢化合物用SCR催化剂(6)将氮氧化物热还原，其中已被热纯化的废气在大约300℃的温度下在合适的位置从相应的两部分再生器(A或B)中被移出，经由SCR催化剂(6)在固定的流向上被导引，并随后反馈到再生器(A或B)的剩余区段(A’,B’)。
【专利说明】用于废气纯化的方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明根据权利要求1的前序部分涉及一种方法。本发明还涉及用于实施该方法 的装置以及该装置的用途。

【背景技术】
[0002] 从DE 19905733 B4中已知再生式热后燃烧系统与选择性催化还原（SCR)的结合。 在这种方法中，SCR催化剂材料各自被布置在再生式热交换器材料上，从而当在再生器入口 添加还原剂时实现了具有高热效率的彻底催化脱氮。然而，这种方法不允许同时纯化有机 组分，因为催化剂上方的温度不足以热氧化有机污染物。
[0003] 从EP 472 605 B1中已知一种根据权利要求1的前序部分的废气纯化方法，其中 再生器被坚直分为三个部分（图4)。首先，废气流过再生器的下部低温区段，然后通过中 心的SCR催化剂，其中氨从废气中被吸收。随后，废气在再生器的上部高温区段被加热到 800°C，有机物质在相邻的燃烧室中被热燃烧。按这种方式预纯化的废气然后流过第二个高 温再生器，并将热量输送到其蓄热体。随后，在大约430至230°C的温度下，氮氧化物（N0 X) 与被吸收的氨在催化剂层上被还原。
[0004] 该方法的一个缺点是，其导致在流动方向上，SCR催化剂上方的温度分布高度波 动，正如在热交换器中那样，其也仍随循环时间而变化。出于工艺相关的原因，不可能在SCR 催化剂的最佳温度下遍及其全部体积对其进行操作。此外，温度的永久性变化意味着对SCR 催化剂的高机械应力。
[0005] 进一步的缺点是，如果N0X被还原成氮（N 2)则放热。在高N0X浓度的情况下，单释 放的热量就限制了最大N0X入口浓度，因为不然的话SCR催化剂将经受由过热引起的快速 热老化。在同样必须考虑SCR催化剂长度上的温度分布及其波动的情况下，最大N0 xAD 浓度大幅度降低。
[0006] 进一步的主要缺点是，在具有三个再生器的已知工艺中，如果要使用由相对柔软 的材料制成的均匀挤出的材料或波纹状SCR催化剂代替明显更昂贵的涂有SCR-催化活性 涂层（washcoat)的陶瓷蜂窝热交换器，则出于结构上的原因，每个再生器有至少三个栅板 是必要的。
[0007] 此外，每个再生器中必须提供足够数量的催化剂，因此与单个SCR系统相比，在系 统具有两个再生器的情况下，催化剂的数量要加倍，并且在系统具有三个再生器的情况下， 催化剂的数量要三倍。


【发明内容】

[0008] 因此在一方面，本发明的目的是在再生式热工艺中利用来自有机组分以及一氧化 碳（C0)的热氧化或后燃烧和/或一氧化二氮（N 20)热还原成氮（N2)的全部能量含量-如 果可能的话，不需要任何的外部能量供给-方式是通过提高反应所产生的温度，并且还使 用后者借助于选择性催化还原进行脱氮，并且在另一方面，在不需要单独供给能量的情况 下提供在SCR催化剂的最佳工作温度下遍及其全部体积对其进行操作的可能性。
[0009] 根据本发明，这是通过以权利要求1为特征的方法实现的。在权利要求2至9中 描述根据本发明的方法的优选实施方案。涉及用于实施根据本发明方法的优选装置的权利 要求10由权利要求11至14的措施进一步展开。权利要求15涉及根据本发明的装置的优 选用途。
[0010] 根据本发明，在热后燃烧系统中纯化含有可用大气氧氧化的可热纯化的化合物以 及氮氧化物和/或在热纯化期间形成氮氧化物的化合物的废气。可氧化的可热纯化的化合 物（特别）是挥发性有机化合物（V0C)、一氧化碳、氨和一氧化二氮，其中氨（NH 3)被还原成 氮（N2)、N0X和水，并且其中一氧化二氮（N 20)被还原成N2和02以及被氧化成N0X。除了一 氧化二氮外，在热纯化期间，在高于1KKTC的温度下（如像在燃烧器火焰中）或者借助于 例如胺、腈或氰化物的含氮有机化合物（特别地）可热形成氮氧化物，因此不需要使用催化 剂。
[0011] 后燃烧系统具有至少两个填充有蓄热体并连接到共同的燃烧室的再生器。要纯化 的废气被交替地供给到其蓄热体已被预热的原料气体入口再生器，并且从燃烧室出来的热 纯化废气到清洁气体出口再生器，用于其蓄热体的加热以及氮氧化物与氮借助于还原剂的 SCR反应。
[0012] 不论原料气体温度如何，为了达到SCR反应所需的温度，都不需要消耗额外的能 量。
[0013] 根据本发明，后燃烧系统的至少两个再生器在流动方向上各自被分成两部分，即 再生器的背着燃烧室的第一区段和再生器的朝着燃烧室的第二区段。所述至少两个再生器 具有共同的SCR催化剂，其中在燃烧室中热纯化的废气在已经于清洁气体出口再生器的与 燃烧室相邻的区段中冷却后达到SCR反应所需的大约300°C的温度，并且与还原剂混合，被 供给到共同的催化剂用于形成清洁气体。
[0014] 借助于SCR催化剂获得的原料气体将其热量输送到清洁气体出口再生器的背着 燃烧室的第二区段的蓄热体，并且然后被引导到外部。
[0015] 根据本发明的方法（具有在最佳催化剂温度下通过SCR催化剂的流量恒定的优 点），也有可能使用挤出的SCR催化剂，例如基于五氧化二钒（V205)、三氧化钨（W03)和/或 二氧化钛（Ti02)的催化剂，这些催化剂对机械应力和温度变化的抵抗力很小，但从另一方 面来说，这些催化剂较便宜。
[0016] 不论再生器的数量如何，可仅用一个SCR催化剂实施根据本发明的方法，其通流 总是在相同的方向上，不依赖于热后燃烧系统的循环。
[0017] 为了达到SCR反应所需的温度，SCR反应不需要消耗额外的能量，因为清洁气体出 口再生器中的废气可在朝着燃烧室的区段被移出，从而处于合适的位置。选择此合适的位 置，使得在温度优选至少800°C的燃烧室中纯化的废气在流过清洁气体出口再生器的与燃 烧室相邻的区段后已经以这样的方式冷却，以使得SCR反应所需的温度被调节，其中该温 度优选为200至400°C，特别是250至350°C，并且特别优选为280至320°C。
[0018] 为了确保SCR催化剂的选择性和最大限度地减少SCR催化剂的老化，而且还防止 so 2氧化成so3，必须要选择如此确定的工作温度窗口。
[0019] 通过将还原剂供给到燃烧室里，燃烧室中的氮氧化物可以热的手段（因此不是催 化手段）被预脱氮，方式是通过将它们还原成氮。
[0020] 为还原燃烧室中的氮氧化物，优选使用作为水溶液的氮-氢化合物。氨、尿素或氨 基甲酸可例如被用作氮-氢化合物。
[0021] 为了降低燃烧室中热脱氮所需的反应温度，可以将添加剂加到氮-氢化合物中， 例如诸如醇的有机化合物。为了氮-氢化合物的水溶液在燃烧室中的最佳分布，可以设置 两个流体喷嘴或超声雾化器，各自具有恒定或脉动的泵预压力。
[0022] 通过供给还原剂到燃烧室里，通常原料气体的氮氧化物载量的大约50%被移除； 在燃烧室中的热N0 X还原期间可能的氨逸出被相邻的SCR催化剂用作额外的还原剂，如此 根据本发明，在SCR反应期间不发生氨排放以及还原剂需求的同时减少。作为还原剂，也可 以使含V0C的还原剂介入燃烧室，例如来自摄影行业或化学工业的废水，其除了氨外还含 有相当量的有机溶剂。
[0023] 对于SCR反应，以水溶液或以气态形式经由单级或双级混合装置将作为还原剂的 氮-氢化合物（例如氨）供给到清洁气体出口再生器的直接在SCR催化剂的上游朝着燃烧 室的第二区段。
[0024] 再生式热后燃烧系统的蓄热体优选由挤出的棱柱形陶瓷蓄热体构成，该挤出的棱 柱形陶瓷蓄热体具有多个在气流方向上延伸的气体流路通道，例如EP 472 605 B1中所描 述的那样。SCR催化剂也可由以SCR催化剂材料制成并且具有在气流方向上延伸的气体流 路通道的这种挤出的棱柱形陶瓷蓄热体构成。
[0025] 在与还原剂混合前，热纯化的废气优选流过陶瓷散装床，目的是为了在废气进入 SCR催化剂前均化其温度。陶瓷填充材料由优选为鞍形或环形的陶瓷成型体构成。其在SCR 催化剂的截面区域上分布加入的还原剂，并同样减少SCR催化剂入口处的温度波动。
[0026] 根据本发明，废气如此在循环中被交替地供给到至少一个其蓄热体已被预热的原 料气体入口再生器。按这种方式纯化的废气被供给到燃烧室，所述燃烧室具有超过800°C的 高温，特别是850至1000°C。在此高温下，V0C由废气中的大气氧燃烧，和/或一氧化二氮 被热转化成氮。当流过清洁气体出口再生器的朝着燃烧室的区段时，所产生的热量被输送 到此区段。通过从两部分清洁气体出口再生器的朝着燃烧室的区段中排出废气，有可能经 由SCR催化剂在所有的循环中在相同的方向上引导废气。在流动分布和温度均化后，在循 环中供给与还原剂混合的废气通过陶瓷散装床到在大约300°C的最佳工作温度下的SCR催 化剂。清洁气体、（及）因此也借助于SCR催化剂被纯化的废气将剩余的热量输送到两部 分清洁气体出口再生器的背着燃烧室的区段，使得由SCR反应产生的热量也可以被利用。
[0027] 如果不用还原剂实施热还原，例如在800至850°C的温度下，废气在燃烧室中的停 留时间优选为〇. 5至3秒，特别是0. 7至1. 5秒。相比而言，在使用还原剂进行热SNCR还 原的情况下，在超过850°C、特别是900至950°C的燃烧室温度下，停留时间优选为1至4秒， 特别是1. 5至2秒。当一氧化二氮被热分解时，在优选900至1000°C、特别是950至970°C 的燃烧室温度下，停留时间优选为1至3秒，特别是1. 5至2秒。
[0028] 为了移除原料气体入口再生器中含有的残余废气，优选在废气流的方向改变之前 使用来自另外的两部分再生器的清洁气体将各原料气体入口再生器吹扫一个循环。关于 V0C或一氧化碳，可以实现大于99. 5%的纯化效率。
[0029] 在较高废气流速的情况下，提供根据本发明构造的多个再生器对来代替两个或三 个再生器。这使得有可能将单个再生器的尺寸限制在可运输的规模上。此外，通过再生器 的顺序路线减小了 SCR催化剂的交替热应力负荷。与具有三个再生器的系统相比，SCR催 化剂的交替负荷例如仅为具有五个再生器的系统情况的50%，以及仅为具有七个再生器的 系统情况的33%。
[0030]在用于实施根据本发明的方法的装置中，连接到共同燃烧室的至少两个再生器优 选被布置成彼此平行。它们各自具有两个优选布置成在坚直方向上彼此叠置并填充有蓄热 体的区段。具有对至少两个再生器为共同的SCR催化剂的固定件（mounting)侧向附接到 所述区段。
[0031] 为将催化剂连接到至少两个再生器的下区段和上区段，固定件具有切断阀，优选 为提动阀，它们的布置方式使得料流可通过或绕过（即不通过）SCR催化剂。
[0032]本发明通常适用于纯化含有可用废气中的大气氧氧化的可热纯化的化合物以及 氮氧化物和/或在热后燃烧系统的燃烧室中的热纯化期间形成氮氧化物的化合物的废气。
[0033] 因此，根据本发明的方法和根据本发明的装置特别适用于纯化由生产水泥熟料、 硝酸、己二酸和肥料所产生的废气。此外，根据本发明的方法和/或根据本发明的装置适用 于纯化由生产三氧化铀所产生的废气，所述三氧化铀是通过在氧气氛中加热重铀酸铵（铀 精矿）得到的。
[0034] 关于具有五个带吹扫选项的再生器的装置，再生器的切断阀的循环顺序路线（即 示意路线图）以举例的方式描述于下表中，其中切断阀的编号与附图的图3对应，并且再生 器被相应地表示为A至E。"0"表示关闭的切断阀，并且"1"表示打开的切断阀。
[0035]

【权利要求】
1. 一种纯化废气的方法，所述废气含有可用所述废气中的氧进行氧化的可热纯化的化 合物以及氮氧化物和/或在后燃烧系统中的热纯化期间形成氮氧化物的化合物，所述后燃 烧系统具有至少两个填充有蓄热体（3)并连接到共同的燃烧室（1)的再生器（A，B-.)，其 中将所述废气交替地供给到原料气体入口再生器（A或B)，其蓄热体（3)已被预热，并且从 所述燃烧室（1)出来的热纯化废气被供给到清洁气体出口再生器（B或A)，用于其蓄热体 (3)的加热以及所述氮氧化物借助于还原剂选择性地催化还原成氮，其特征在于，至少两个 再生器（A，B…）在流动方向上各自被分成两部分，即所述再生器（A'，A";B'，B"）的背着 所述燃烧室（1)和朝着所述燃烧室（1)的区段，并且所述至少两个再生器（A，B…具有 用于所述选择性催化还原的共同催化剂（6)，其中在冷却到与所述燃烧室（1)相邻的所述 清洁气体出口再生器（A，B…）的区段中的选择性催化还原所需的温度并与所述 还原剂混合后，在所述燃烧室（1)中热纯化的废气被供给到所述共同的催化剂（6)，用于形 成清洁气体，所述清洁气体在其已经将热量输送到背着所述燃烧室（1)的所述清洁气体出 口再生器（A，B…）的区段（A'，B'）的蓄热体（3)后被引导到外部。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，要纯化的废气含有作为可氧化的可热纯 化的化合物的挥发性有机化合物、一氧化碳、氨和/或一氧化二氮以及作为在所述热纯化 期间形成氮氧化物的化合物的氨、一氧化二氮和/或含氮挥发性有机化合物。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择性催化还原所需的温度为200至 400。。。
4. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，能够通过将还原剂供入到所述燃 烧室（1)当中而使存在的或在所述燃烧室（1)中形成的氮氧化物热预脱氮。
5. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，燃烧室（1)中的温度为至少 800°C，并且在热脱氮的情况下为至少900°C。
6. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在已经与所述还原剂混合后，所述 热纯化的废气优选流过陶瓷填充材料（15)，用于在所述废气进入所述催化剂（6)前均化其 温度。
7. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，氮-氢化合物用于将所述燃烧室 (1)中的氮氧化物还原和/或利用催化剂（6)还原成氮。
8. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述废气在所述燃烧室（1)中的 停留时间为〇. 3至1秒，并且在热脱氮的情况下为1至4秒。
9. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，设置另外的再生器（A至E)用于在 清洁气体流到所述清洁气体出口再生器前用其吹扫所述原料气体入口再生器（A至E)。
10. 用于实施根据前述权利要求之一所述的方法的装置，其特征是后燃烧系统带有至 少两个具有共同燃烧室（1)的再生器（A，B)，它们各自具有布置成彼此叠置并填充有蓄热 体（3)的两个区段（A'，A";B'，B"），并且带有用于选择性催化还原的催化剂（6)的共同固 定件（22)侧向附接到其上，其中所述固定件（22)具有用于将所述催化剂（6)连接到所述 下区段（A'，B'）和所述上区段（A"和B"）的切断阀（V-4A，V-5A，V-6A;V-4B，V-5B，V-6B)， 其中有或没有通过所述催化剂（6)的流动。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述固定件（22)具有对所述至少两个 再生器（A，B)为共同的上部收集管道（25)和对所述至少两个再生器（A，B)为共同的下部 收集管道（26)，前者用于将所述热纯化的废气供给到所述催化剂（6)，后者用于以所述催 化剂（6)纯化的清洁气体，空间（27)布置在每个再生器（A，B)的所述上管道（25)与所述 下管道（26)之间，其中所述切断阀（V-4A，V-5A，V-6A) (V-4B，V-5B，V-6B)用于将所述上部 收集管道（25)经由所述催化剂（6)连接到所述下部收集管道（26)，或者用于将所述再生器 (A，B)的下区段（A'，B'）经由所述空间（27)连接到其上区段（A"，B"）。
12. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，用于为采用所述催化剂（6)的选择性催 化还原供给所述还原剂的喷嘴（11)设置在所述上部收集管道（25)中。
13. 根据权利要求10至12之一所述的装置，其特征在于，在所述催化剂（6)上设置陶 瓷填充材料（15)，用于均化所述废气的温度并将后者与所述还原剂混合。
14. 根据权利要求10至13之一所述的装置，其特征在于，设置多对再生器（A至E)，它 们各自具有布置成彼此叠置并填充有蓄热体（3)的两个区段（A'，A"，B'，B"），并且带有用 于选择性催化还原的催化剂（6)的共同固定件（22)侧向附接到其上，其中所述固定件（22) 包括用于经由所述催化剂（6)将所述上部收集管道（25)连接到所述下部收集管道（26)或 者将所述再生器（A至E)的所述下区段（A'，B'）连接到所述上区段（A"，B"，…）的切断 阀（V-4A至V-4E、V-5A至V-5E、V-6A至V-6E)。
15. 根据权利要求10至14之一的装置的用途，用于纯化由生产水泥熟料、硝酸、己二 酸、肥料和三氧化铀产生的废气。
【文档编号】B01D53/86GK104379237SQ201480000858
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2013年1月29日
【发明者】克里斯蒂安·穆勒德 申请人:化学热处理技术有限责任公司