用于从过程气体中去除氮氧化物和三氧化硫的方法和装置的制作方法

专利名称：用于从过程气体中去除氮氧化物和三氧化硫的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用包含催化活性材料的催化反应器从热过程气体中至少 部分地去除氮氧化物的方法，且其中，所述催化反应器包括催化剂床，催化剂床包括相对于 热过程气体的流的方向布置成并联关系的至少两个催化剂床节段，所述至少两个催化剂床 节段中的各个设有关闭装置，使得所述至少两个催化剂床节段中的各个可单独地与热过程 气体的流隔离。本发明进一步涉及一种起作用以便从热过程气体中至少部分地去除氮氧化物的 气体清洁系统。
背景技术：
在诸如煤、油、泥煤、废料等的燃料在诸如动力设备的燃烧设备中燃烧期间，产生 热过程气体，并且这样的热过程气体包含(除了其它成分之外)氮氧化物(通常标记为NOx) 和硫氧化物(通常标记为SOx)。氮氧化物主要包括一氧化氮(标记为NO)和二氧化氮(标 记为NO2)，而二氧化硫主要包括二氧化硫(标记为SO2)和三氧化硫(标记为SO3)，三氧化 硫SO3的量通常构成SOx的总量的小于5%。NOx的去除通常通过使用所谓的选择性催化还 原(SCR)过程来实现。根据这种过程，NOx在存在催化活性材料的情况下借助于氨气(NH3) 而被还原，以形成氮气队。这种催化活性材料通常包括金属氧化物，诸如(以例示的方式) 五氧化二钒(标记为V2O5)和三氧化钨(标记为WO3)。与使用许多这样的催化活性材料相关联的问题是它们在一段时间之后变得由其 上的倾向于形成硫酸铵的三氧化硫SO3沉积物污染，这会导致这些催化活性材料的氮氧化 物去除效率的降低。为了克服这样的问题而采用的通常程序是在非常高的温度(通常高于 3000C )处操作包含这样的催化活性材料的反应器，以尝试防止三氧化硫SO3沉淀到催化活 性材料上。在美国专利No. 5，762，885中，描述了一种氧化催化剂吸附器，其包含一些布置成 并联关系并且包括钼或钯的催化剂节段。这些催化剂节段中的各个设有两个百叶窗，使得 相应的催化剂节段中的各个催化剂节段可被"关闭"(在有关于将被清洁的过程气体的 程度上)。另外，关闭的催化剂节段可通过使用包括氢气的再生气体而被再生，氢气起作用 以便从这样的被关闭的催化剂节段所包含的催化材料中去除污染物。在被用过之后，这样 的再生气体然后被再循环到反应器，此处，用过的再生气体在位于催化剂床上游的点处与 过程气体混合。虽然可能认为催化剂吸附器(诸如美国专利No. 5，762，885中所描述的催化剂吸 附器)对于实现清洁燃烧天然气的涡轮动力设备中所产生的过程气体(其中，过程气体中 的SOx的浓度非常低-即大体低于Ippm)的目的而言是有效的，但是这样的催化剂吸附器并 不适用于清洁其中SOx的浓度高于大约5ppm的过程气体，例如，烟道气。在煤或油的燃烧 期间或在废料的焚化期间所产生的过程气体中，这种过程气体中的SOx的浓度通常在10到 5000ppm的范围中。
此外，所包含的类型的催化剂，也就是说，包含贵金属(如钼或钯)的氧化催化 剂，需要在热过程气体中仅仅存在极低浓度的催化剂污染物，诸如(以例示的方式)汞、铅 以及其它重金属。这样的要求将美国专利No. 5，762，885所涉及的反应器的使用限制于所 谓的"清洁燃料"，诸如天然气。对于煤、油、泥煤、废料等在其中燃烧的设备，美国专利 No. 5，762，885所涉及的反应器将不能够提供可接受的氮氧化物去除效率水平。

发明内容
本发明的一个目的是提供清洁热过程气体的方法，该方法对于当热过程气体包含 高浓度的SOx以及当热过程气体包含低浓度的SOx两种情况时从热过程气体中去除NOx和 SOx-特别是三氧化硫SO3-是有效的。该目的借助于通过使用包含催化活性材料的催化反应器从热过程气体中至少部 分地去除氮氧化物的方法来实现，且其中，所述催化反应器包括催化剂床，催化剂床包括相 对于过程气体流的方向合适地布置成并联关系的至少两个催化剂床节段，所述至少两个催 化剂床节段中的各个设有关闭装置，使得所述至少两个催化剂床节段中的各个可与热过程 气体的流隔离，所述方法特征在于，该方法的步骤包括以下步骤使所述热过程气体穿过所述至少两个催化剂床节段的至少第一床节段，其中，所 述热过程气体处于第一温度，在该第一温度处，夹带在热过程气体中的三氧化硫SO3至少部 分地沉淀到第一床节段包含的催化材料上，定期地操作所述第一床节段的关闭装置，以便由此隔离所述第一床节段与热过程 气体的流，而所述至少两个催化剂床节段的至少一个第二床节段保持起作用，以用于从所 述热过程气体中去除夹带在其中的三氧化硫SO3和氮氧化物的目的，当所述第一床节段与热过程气体的流隔离时，使得再生气体流过所述第一床节 段，以及然后在所述再生气体已经流过所述第一床节段之后使得所述再生气体流过与所 述催化反应器分开的三氧化硫SO3去除装置。本发明的该方法的一个优点在于催化剂床设计为起作用以用于去除夹带在过程 气体中的氮氧化物和三氧化硫SO3 二者的目的。这借助于容许三氧化硫SO3冷凝到催化剂 床包含的催化材料上来实现。与本发明的方法相反，现有技术的方法特征在于以下事实其 关注的是避免夹带在过程气体中的三氧化硫SO3沉淀到催化剂床包含的催化材料上，因为 这样的三氧化硫SO3这样沉淀在其上会导致能够利用催化材料实现的效率降低。根据本发明的方法，催化剂床节段在催化反应器的正常操作期间再生，使得因此 不需要催化反应器的操作的停机或中断。为此，在流过催化剂床节段之后，使得再生气体从 催化反应器流到单独的装置，该装置起作用以用于将夹带在再生气体中的三氧化硫SO3捕 获在其中的目的。借助于使用这样的过程，首先通过催化反应器的操作而从过程气体中有 效地去除三氧化硫，且然后借助于再生气体从中流过而从催化反应器中去除该三氧化硫， 且最后借助于三氧化硫SO3去除装置的操作在该三氧化硫SO3去除装置中处理该三氧化硫， 其中三氧化硫SO3去除装置定位成与催化反应器分开。根据本发明的方法的一个实施例，所述再生气体处于第二温度，第二温度高于所 述第一温度。本发明的该实施例的一个优点在于处于高于第一温度的第二温度的再生气体(第一温度是热过程气体的温度)使得催化剂床节段的再生更有效且更快地发生。根据本发明的方法的一个实施例，所述第一温度在180-300°C的范围中，而所述第 二温度至少为310°C。已经发现所述第一温度-穿过催化反应器的过程气体的温度(其处 于180-300°C的范围中)_是有效的，因为这样的温度提供了氮氧化物的有效还原和三氧化 硫SO3在催化剂床节段包含的催化材料上的有效冷凝两者。已经发现所述第二温度-至少 310°C的再生气体的温度-提供了三氧化硫SO3从催化剂床节段包含的催化剂材料上的高 效的蒸发。优选地，根据本发明的方法，所述第二温度应当小于约400°C，因为高于此的温度 会增大机械构件和催化材料二者上的机械应变，并且也会提高能量成本。根据本发明的方法的一个实施例，所述三氧化硫SO3去除装置优选地选自包括 (以例示的方式)湿式洗涤器、干式洗涤器、织物过滤器以及静电除尘器的装置组。所有这 些装置通常用于气体清洁系统，并且全部适用于利用其来实现对已经借助于再生气体从中 流过而从催化反应器中去除的三氧化硫SO3进行最终处理的目的。根据本发明的方法的一个实施例，所述三氧化硫SO3去除装置相对于热过程气体 的流的方向位于催化反应器下游的点处，诸如以便起作用而用于从热过程气体中以及从再 生气体中去除可能夹带在其中的硫物类的目的。本发明的方法的此实施例的一个优点在于 三氧化硫SO3去除装置起作用来执行从热过程气体中去除二氧化硫以及捕获已经通过再生 气体的操作而被去除的三氧化硫SO3的双重目的。其结果是，这会减少与使用气体清洁系 统相关联的投资和维护成本两者。根据本发明的方法的一个实施例，所述再生气体在已经穿过所述第一床节段之后 以及在已经使所述再生气体流过所述三氧化硫SO3去除装置之前更冷。本发明的此实施例 的一个优点在于三氧化硫SO3至少部分地被冷凝，以形成液体溶液，这使得在对三氧化硫 SO3进行进一步处理期间更容易操纵该三氧化硫so3。根据本发明的方法的一个实施例，在所述再生气体已经穿过所述第一床节段后， 使得所述再生气体流过三氧化硫SO3去除装置，由此所述再生气体的至少一部分与在所述 三氧化硫SO3去除装置中循环的吸附介质混合，以用于因为其而实现从所述热过程气体中 去除二氧化硫的目的。本发明的方法的该实施例的一个优点在于所述三氧化硫SO3能够与 吸附介质直接反应，以便由此形成既容易操纵又容易处理的产品，诸如石膏。根据本发明的方法的一个实施例，所述再生气体优选地选自包括(以例示的方 式)蒸汽、空气、氮气、烟道气以及它们的混合物的气体组。源自使用这样的气体的一个优 点在于这样的气体通常可容易地在燃烧设备处获得，并且因此可以合理的成本在该处可 用。此外，这样的气体是不可燃的，且因此易于操纵。本发明的另一个目的是提供气体清洁系统，其对于当热过程气体在其中夹带了高 浓度以及低浓度SOx两种情况下时从所述热过程气体中去除NOx和SOx两者(特别是从中 去除三氧化硫SO3)的目的而言是有效的。这种目的根据本发明通过适用于从热过程气体中至少部分地去除氮氧化物的目 的的气体清洁系统而实现，所述气体清洁系统包括包含催化活性材料的催化反应器，所述 催化反应器又包括催化剂床，催化剂床包括相对于热过程气体的流的方向合适地布置成并 联关系的至少两个催化剂床节段，所述至少两个催化剂床节段中的各个催化剂床节段具有 与其相关联的关闭装置，使得所述至少两个催化剂床节段中的各个可单独地与热过程气体的流隔离，根据本发明的气体清洁系统的特征在于所述催化反应器设计成起作用以用于以 下目的使所述热过程气体流过所述至少两个催化剂床节段的至少第一床节段，且其中所 述热过程气体处于第一温度，在第一温度处，夹带在热过程气体中的三氧化硫SO3至少部分 地沉淀到第一床节段包含的催化材料上，且用于定期地操作所述关闭装置，以便由此隔离 所述第一床节段与热过程气体的流，而所述至少两个催化剂床节段的至少一个第二床节段 保持起作用以用于从所述热过程气体中去除夹带在其中的三氧化硫SO3和氮氧化物的目 的，所述气体清洁系统进一步包括再生系统，其设计成起作用以用于在所述第一床 节段与热过程气体的流隔离时使得再生气体流过所述第一床节段的目的；以及三氧化硫 SO3去除装置，其与所述催化反应器分开且设计成起作用以用于以下目的即利用它在所述 再生气体已经流过所述第一床节段之后实现从所述再生气体中去除夹带在其中的三氧化 硫 SO3O本发明的气体清洁系统的一个优点在于催化反应器设计成起作用以用于从过程 气体中有效地去除夹带在该过程气体中的氮氧化物和三氧化硫SO3二者的目的。这样，气 体清洁系统需要少的构件。当与在附图中的以及在权利要求中限定的对本发明的说明一起考虑时，根据本发 明的以下描述，本发明的另外的目的和特征将显而易见。


图1是本发明能够应用于其中的动力设备的示意性侧视图。图2是设计成以便应用于本发明的催化反应器的示意性侧视图。图3是当催化反应器以清洁模式操作时的图2的催化反应器的示意性侧视图。图4是能够应用于本发明的湿式洗涤器的示意性侧视图。图5是能够应用于本发明的干式洗涤器的示意性侧视图。
具体实施例方式图1是示意性侧视图，其中示出了动力设备1 (从其侧面观察)。动力设备1包括 锅炉2。在诸如煤或油的燃料燃烧期间，在锅炉2中产生热过程气体(通常被工业界的人 们称为烟道气)。该烟道气通过气体导管4从锅炉2离开。气体导管4又连接到空气预热 器6。该空气预热器6设计成以便起作用而用于实现对将通过空气导管8被供应到锅炉2 的燃烧空气进行加热的目的。气体导管10起作用以用于使得在锅炉2中产生的烟道气从 空气预热器6流向静电除尘器12的目的。静电除尘器12设计成以便起作用而用于从烟道 气(使该烟道气从静电除尘器12中流过)中去除夹带在所述烟道气中的灰尘微粒的目的。 可发现在美国专利No. 4，502，872中描述和说明了静电除尘器的一个实例(以例示而非限 制的方式)，由此该专利借助于对它的该引用而结合在本文中。继续，提供了气体导管14，该气体导管14设计成以便起作用而用于使得烟道气 (已经从其中去除了夹带在其中的灰尘微粒的大部分)从静电除尘器12流到催化反应 器16的目的。进入催化反应器16的烟道气典型地处于180-300°C的范围中的温度。在 烟道气进入催化反应器16时夹带在烟道气中的二氧化硫SO2的浓度的量典型地将处于10-5000ppmS02的范围中。然而，在烟道气进入催化反应器16时夹带在烟道气中的三氧化 硫SO3的浓度的量典型地将在l_50ppmS03的范围中。如下文将更详细地描述的，催化反应 器16设计成以便起作用而用于通过使用一种以及相同类型的催化剂材料从烟道气中去除 夹带在该烟道气中的氮氧化物NOx和三氧化硫SO3 二者的目的。为此，催化反应器16典型 地能够去除进入催化反应器16的氮氧化物NOx的大约60-95%，并且典型地还能够去除夹 带在进入催化反应器16的烟道气中的三氧化硫SO3的大约30-90%。进一步参照图1，如其中所示出的，提供了气体导管18，其设计成以便起作用而用 于以下目的使得已经从中去除了大部分氮氧化物NOx和三氧化硫SO3中的至少一些的烟道 气从催化反应器16流到沸腾床类型的湿式洗涤器20。以例示而非限制的方式，可发现在 W02005/007274中描述和说明了这种沸腾床类型的湿式洗涤器的一个实例，W02005/007274 由此借助于对它的该引用而结合在本文中。在沸腾床类型的湿式洗涤器20中，使得烟道气 流过带孔眼的板22，且然后流过吸附液体的层24，吸附液体的层M被致使流过带孔眼的 板22。所述吸附液体优选地包括石灰石浆料，石灰石浆料设计成以便与夹带在烟道气中的 二氧化硫反应，以便由此形成亚硫酸钙，亚硫酸钙可被氧化而形成石膏，石膏能够容易地处 理。继续动力设备1的描述，提供了泵沈，其设计成以便起作用而用于以下目的借助于管 道观使湿式洗涤器20中的吸附液体循环，管道观起作用以便供应吸附液体，以利用其来 实现吸附液体的层M的形成。继续，如参照图1最好地理解的，气体导管30起作用以用于使得已从中去除了二 氧化硫的烟道气从湿式洗涤器20流到烟囱32的目的，已从中去除了二氧化硫的烟道气从 该烟囱释放到大气中。在催化反应器16中从烟道气中去除氮氧化物NOx和三氧化硫SO3的过程涉及使用 再生气体，如下文将更详细地描述的。这样的再生气体可包括处于合适的温度-优选处于 大于310°C的温度-的蒸汽。为此，再生气体的温度优选小于大约400°C，因为任何更高的 温度将起作用来在催化反应器16的机械构件上产生增大的机械应变，并且还可对催化反 应器16的催化材料产生不利影响。通常，大约315°C到350°C的再生气体温度适用于利用 其来实现催化反应器16的催化材料的高效的再生。进一步参照动力设备1的示意，提供了第一蒸汽管道34，其设计成以便起作用而 用于以下目的使得蒸汽形式的再生气体从再生气体供应系统(其在图1中示意性地显示 为蒸汽罐36)流到催化反应器16。还提供了第二蒸汽管道38，其设计成以便起作用而用 于以下目的使得蒸汽从催化反应器16流到冷却器，根据本发明，冷却器优选为冷凝器40 的形式。除此之外，提供了冷却回路42，其设计成以便起作用而用于以下目的将冷却介质 (诸如冷水)供应到冷凝器40。冷凝器40设计成以便起作用而使得蒸汽被冷却到小于大约 90°C，这会导致被致使流到该冷凝器40的大多数蒸汽以及可能夹带在其中的物质冷凝。相 信离开催化反应器16的再生气体包含气态三氧化硫SO3以及氨NH3,它们可至少部分地反应 而形成(由于冷凝器40中的低温)固体硫酸氢铵NH4HSO4，这种固体化合物被容易地捕捉在 冷凝器40的液体中。此外，提供了冷凝物管道44，其设计成以便起作用而用于以下目的使 得在冷凝器40中形成的冷凝物流到管道观，如之前在上文中所描述的，该管道28 (后者) 又起作用以便实现湿式洗涤器20的吸附液体的循环。为此，冷凝器40的冷凝物因而与湿 式洗涤器20的吸附液体混合，使得冷凝物的硫化合物中的至少一些，诸如三氧化硫SO3,与存在于吸附液体中的石灰石反应，以便由此形成钙化合物，诸如，例如石膏。因而，且如下文将更详细地描述的，催化反应器16因此起作用而用于以下目的 利用其来实现从烟道气中去除夹带在该烟道气中的氮氧化物NOx和三氧化硫SO3 二者。此 后，则借助于再生气体流过催化反应器16来从催化反应器16中去除三氧化硫。然后所述 再生气体在冷凝器40中被冷却，由此实现夹带在再生气体中的三氧化硫的冷凝。然后，在 冷凝器40中产生的冷凝物与在湿式洗涤器20中流动的吸附液体混合，以便由此形成例如 石膏。湿式洗涤器20还起作用以便实现从烟道气中去除当该烟道气流过催化反应器16时 夹带在该烟道气中的二氧化硫S02。因而，夹带在烟道气中的所有硫物类最后都在湿式洗涤 器20中终结，这些硫物类可从湿式洗涤器20中以石膏的形式被去除。然而，因此，认为湿式洗涤器20不适用于为了从烟道气去除三氧化硫SO3而使用。 基本上，认为其原因在于三氧化硫S03(当在烟道气进入湿式洗涤器20时仍然夹带在烟道 气中时)倾向于形成三氧化硫SO3气雾剂，其包括不能在湿式洗涤器20中被有效地去除的 非常小的气雾剂滴。另一方面，通过使用本发明的过程(将在下文对其进一步详细描述)， 能够从催化反应器16中去除三氧化硫SO3,在此之后，冷凝物形式的三氧化硫SO3设计成以 便与湿式洗涤器20中的吸附液体直接混合，使得因而没有三氧化硫SO3气雾剂形成。图2是更详细地示出了设计成以便用于本发明的催化反应器16的一部分的示意 性侧视图。如参照图2最佳地理解的，催化反应器16包括水平的催化剂床层46，其优选地 包括三个催化剂床节段即，第一催化剂床节段48，第二催化剂床节段50和第三催化剂床 节段52。这三个催化剂床节段48、50、52相对于烟道气流的方向合适地布置成并联关系，烟 道气流的方向借助于图2中的字母F所标示的箭头而示出。如之前在上文中所描述的，烟 道气F处于典型地在180-300°C的范围中的温度。各个催化剂床节段48、50、52包含催化活 性材料，诸如(以例示而非限制的方式)五氧化二钒V2O5和/或三氧化钨W03。这样的催化 活性材料设计成支承在托架结构上，诸如(以例示而非限制的方式)陶瓷蜂窝或板结构，诸 如，例如二氧化钛结构。这样的二氧化钛结构在现有技术中是已知的，在现有技术中，它们 用于选择性催化还原(SCR)装置中，以用于利用其来实现去除氮氧化物的目的。继续，图2中示意性地显示的氨罐M形式的氨源设计成以便起作用而用于以下目 的通过管道系统56将气态氨优选地供应到多个喷嘴58。转而，喷嘴58设计成以便起作 用而使得氨与烟道气F完全地混合。因此，此后，当穿过催化剂床节段48、50、52时，氮氧化 物通过其与氨的反应而被还原，由此根据氮氧化物的选择性催化还原(SCR)的领域中的那 些技术人员众所周知的原理而导致氮气的产生。可发现在美国专利No. 5，555，849中描述 和说明了这样的SCR原理、以及由于应用这样的原理而引起的氮氧化物与氨之间的反应的 一个实例，该美国专利的教导由此借助于对它的该引用而结合在本文中。作为使用氨的一 个备选方案，同样可行的是使用尿素来代替氨。各个催化剂床节段48、50、52设计成分别设有关闭装置60、62、64。根据本发明，各 个这样的关闭装置60、62、64包括入口风门66和出口风门68。各个关闭装置60、62、64设 计成以便起作用而利用其来实现催化剂床节段48、50、52中的相应的一个与烟道气F的流 的隔离。如图2中所示，所有关闭装置60、62、64描绘为处于打开位置，且烟道气F的流因 此被分成三个基本相等的部分流，其在图2中分别标示为F1、F2和F3，它们沿着如参照图2 观察的竖直方向流过催化剂床节段48、50、52中的相应的一个。
如之前在上文中已描述的，在它们(氮氧化物)流过相应的催化剂床节段48、 50,52时，氮氧化物通过该氮氧化物与供应给它的氨的反应而被还原。此外，烟道气F的 三氧化硫SO3内含物的很大一部分(典型地为大约30% -90% )沉积到催化剂床节段48、 50、52各自包含的催化材料上。这样的沉积发生的原因在于烟道气F的温度比较低，这 转而导致三氧化硫SO3的至少一部分冷凝。继续，由各个催化剂床节段48、50、52包含的 催化剂材料包括大的比面积，比面积典型地限定为所谓的BET-面积，其因而起作用以便 提供许多活性部位，在这些部位处，可能发生氮氧化物与氨之间的反应。典型地，当根据 ASTMC1274-00 (2006)的规定测量时，这样的BET-面积将至少为20m2/g，且优选至少为50m2/ go这样的大的比面积因而起作用以便提供这样的合适的面积在该面积下，可发生三氧化 硫SO3W冷凝。因而，催化剂床节段48、50、52因此起作用以便根据选择性催化还原(SCR) 的原理还原氮氧化物，以及作为冷凝反应的发生的结果导致捕获三氧化硫S03。因此，在图 2中标示为C1、C2和C3的三个部分流形式的离开催化剂床节段48、50、52的烟道气基本被 清洁(在有关于夹带在其中的氮氧化物和三氧化硫SO3的浓度的量的程度上)。在其操作足够的时间段之后，催化剂床节段48、50、52将已经捕获这样的量的三 氧化硫SO3 使得氮氧化物的选择性催化还原将会由此受到不利影响。为此，提供了蒸汽罐 36。为此目的，之前已经在上文中参照图1中所示的动力设备1描述过的第一蒸汽管道34 包括三个单独的管道70、72、74。这些管道70、72、74中的各个合适地设有蒸汽阀76。此外， 之前已经在上文中参照图1中示出的动力设备1描述过的第二蒸汽管道38连接到三个单 独的管道78、80、82上，其中各个合适地设有蒸汽阀84。根据图2中对它们的显示，所有蒸 汽阀76，84在其中描绘为处于关闭位置。图3是类似于图2的侧视图的侧视图，并且描绘了催化反应器16处于操作的清洁 模式。当在这样的清洁模式中时，关闭装置60的入口风门66和出口风门68各自处于关闭 位置，诸如以便由此实现第一床节段48与烟道气F的流的隔离。其结果是，烟道气F的整个 流以在图3中标记为F2和F3的烟道气流的形式流过第二床节段50和第三床节段52。进 一步参照图3，管道70的阀76在其中描绘为处于打开位置，且在其中被描绘为处于打开位 置的管道78的阀84也是如此。因而，其结果是，使得处于至少310°C的温度的蒸汽通过管 道70从蒸汽罐36流到第一床节段48并且从中流过。借助于这样的蒸汽的高温，使得已经 被冷凝到第一催化剂床节段48的催化剂材料上的三氧化硫SO3蒸发。此后，蒸汽和已经蒸 发的三氧化硫SO3 —起通过管道78和38从第一床节段48排出，并且然后被传递到冷凝器 40 (之前已经在上文中结合对图1中示出的动力设备1的描述对其进行了参照)。因而，来 自蒸汽罐36的蒸汽起作用来以热的方式再生第一床节段48包含的催化材料，以便由此借 助于从催化材料中去除三氧化硫SO3实现其还原氮氧化物NOx的能力的恢复。如之前在上 文中参照对图1中所示的动力设备1的描述所述的，其中夹带有三氧化硫SO3的蒸汽在冷 凝器40中被冷却，由此形成冷凝物，此后，这样的冷凝物被供给至根据本发明的成湿式洗 涤器20的优选形式的三氧化硫SO3去除装置。如根据对图3的参照将最佳地理解的，第二催化剂床节段50和第三催化剂床节段 52 (根据图3中对它们的显示)保持操作，且因而起作用来减少整个烟道气F的流中的氮氧 化物的含量。在第一催化剂床节段48已经以前面的段落中已描述过的方式被再生之后，管 道70的阀76和管道78的阀84两者都关闭，而伴随于此，关闭装置60打开。接下来，第二催化剂床节段50则可借助于关闭装置62的操作通过与烟道气F流隔离而再生。因此，催 化剂床节段48、50、52中的任何一个的清洁可在催化反应器16仍然在线并且保持处于操作 模式的同时实现。将了解的是，在不偏离本发明本质的情况下，催化剂床节段的总数可设计 成例如以便确保在一个或多个催化剂床节段已经与烟道气F的流隔离开而为了使已隔离 的催化剂床节段能够经历清洁序列(根据在上文中参照图3所示的结构描述的内容)的同 时，保持操作的那些催化剂床节段足以操纵整个烟道气F的流。图4示出了湿式洗涤器塔120形式的三氧化硫SO3去除装置的备选的实施例。图4 中描绘的湿式洗涤器塔(诸如，以例示的方式，湿式洗涤器塔120)之前从其中二氧化硫SA 设计为将从烟道气中被去除的应用中获知。在这点上，可以例示而非限制的方式参照例如 EP162536，其教导由此借助于对它的该引用而结合在本文中。湿式洗涤器塔120包括气体 入口 122和气体出口 123。烟道气通过导管18 (之前在上文中已结合对图1所示的动力设 备1的描述对其进行了参照)进入气体入口 122，并且然后使得其以借助于图4中的字母F 所标示的箭头所示的方式竖直地向上流动(如参照图4观察到的)通过湿式洗涤器塔120 的圆柱形部分125。湿式洗涤器塔120的下部部分127(如参照图4最佳地理解的)成形为 罐的形式，该罐包含石灰石基吸附介质，其优选为液体浆料的形式。继续，提供了泵126，以 用于通过通向一些喷嘴129的管道1 利用该泵来实现吸附液体的泵送的目的。喷嘴1 转而起作用以便将所述液体浆料喷射到烟道气F中，以便利用它来实现从烟道气F中去除 二氧化硫S02。因此，本质上基本纯净的烟道气从出口 123离开，且因而使得其从该出口 123 流向烟囱。正如之前已经在上文中结合对图1中所示的动力设备1的描述所述的湿式洗涤 器20的情况，从烟道气中去除的二氧化硫形成石膏，其可易于被容易地处理。在冷凝器40 (之前已在上文中结合对图1中所示的动力设备1的描述对其进行了 参照)中形成的冷凝物可通过管道144被添加到湿式洗涤器塔120的下部部分127，而不偏 离本发明的本质。如果完成了添加，则湿式洗涤器塔120的下部部分127中的冷凝物与液 体浆料混合，使得冷凝物中的三氧化硫SO3以之前已在上文中结合对图1中所示的动力设 备1的描述所述的方式形成石膏。因此，湿式洗涤器塔120因而起作用以用于以下目的实 现从已被致使流过催化反应器16的烟道气F中去除二氧化硫SO2，并且伴随于此起作用以 便实现对已经通过再生气体(使该再生气体流过催化反应器16)-即蒸汽-从催化反应器 16中去除的三氧化硫SO3的捕获。在图5中，示出了三氧化硫303去除装置的又一个备选的实施例，其如在本文中所 示的为干式洗涤器220的形式。图5中描绘的干式洗涤器(诸如，以例示的方式，干式洗涤 器220)之前从其中二氧化硫SO2S计为将从烟道气中被去除的应用中获知。在这点上，可 以例示而非限制的方式参照例如W02004/(^6443，其教导由此借助于对它的该引用而结合 在本文中。继续，干式洗涤器220包括接触反应器222，在接触反应器222中，使烟道气F与 干燥的但是被润湿的吸附介质(优选为干燥粉末的形式)进行接触。以例示的方式，这样的 干燥粉末可包括熟石灰和在这样的熟石灰与夹带在烟道气F中的二氧化硫之间的反应 期间产生的反应产物的混合物。然后该干燥粉末转而收集在织物过滤器-即纺织品过滤器 中，其优选为袋滤室224的形式。可发现在美国专利No. 4，336，035中以例示而非限制的方 式描述和说明了这样的袋滤室的一个实例，该专利的教导由此借助于对它的该引用而结合 在本文中。继续，这样收集在袋滤室2M中的这样的干燥粉末的第一部分优选被去除，以用于对其进行处理的目的。然而，这样的干燥粉末的第二部分被再循环到混合器226。在混合 器226(后者(即该混合器226)包括流化床，通过管道227对流化床供应压缩空气)中，再 循环的干燥粉末与通过管道2 供应的新鲜的熟石灰和通过管道231供应的水二者混合。 使得已经在混合器226中形成的混合物(也就是说，吸附介质)从该混合器2 流到接触 反应器222。进一步参照图5，如参照该图最佳地理解的，来自冷凝器40 (之前已经在上文 中关于图1中所示的动力设备1对其进行了参照)的冷凝物通过管道244被供应到混合器 226。在混合器226中，夹带在被致使流到该混合器226中的冷凝物中的三氧化硫SO3与熟 石灰反应，由此形成石膏。为此，干式洗涤器220因而起作用以便实现从已被致使流过催化 反应器16的烟道气F中去除二氧化硫，并且伴随于此而起作用以便实现由已被致使流过催 化反应器16的再生气体-即蒸汽捕获已从催化反应器16中去除的三氧化硫S03。将了解的是，在不偏离本发明本质的情况下，在所附的权利要求书的范围内，以上 描述的实施例的多种变型是可行的。例如，以例示而非限制的方式，之前在上文中已经描述了用来再生催化剂床节段 的气体优选为处于至少310°C的温度处的蒸汽。然而，将了解的是，其它气体也可同样用于 实现再生催化剂床节段的目的而不偏离本发明的本质。例如，空气、氮气或来自天然气或者 类似地清洁燃料的燃烧气体同样也可用作再生气体而不偏离本发明的本质。根据本发明的 另一种备选方案，可行而不偏离本发明的本质的是利用烟道气作为再生气体，优选已经在 之前从中去除了大多数颗粒、氮氧化物和硫物类的清洁的烟道气。这一点上进一步讲，这样 的烟道气还优选被加热到至少310°C的温度，以便由此使得能够利用其而具有催化剂床节 段的高效的和迅速的再生。因为催化剂床节段的再生基于以热的方式从中去除三氧化硫 SO3，因此再生气体不需要包含任何氢气。为此，再生气体事实上优选为基本无氢的，即，包 含小于大约500ppm的氢气，因为再生气体中的大量的氢气将可能引起起火和爆炸的可能 的风险。之前已经在上文中描述过，备选地，可使用湿式洗涤器20、湿式洗涤器塔120或 干式洗涤器220而不偏离本发明的本质，以用于利用其实现从烟道气去除二氧化硫的 目的，以及用于借助于再生气体从中通过来实现捕获已经从催化反应器16中去除的三氧 化硫SO3的目的。将了解的是，其它装置同样也可用作三氧化硫SO3去除装置而不偏离本 发明的本质，诸如，以例示而非限制的方式，不一定构成干式洗涤器的一部分的静电除尘器 和织物过滤器。另外的又一种备选方式是使用喷雾干燥吸附器，以用于利用它来实现从烟 道气去除二氧化硫Sh的目的，以及用于借助于再生气体从中穿过来实现捕获已经从催化 反应器16中去除的三氧化硫SO3的目的。在这点上，可以例示而非限制的方式参照例如 US4, 755，366，其教导由此借助于对它的该引用而结合在本文中。在这样的喷雾干燥吸附器 中，来自冷凝器的包含三氧化硫SO3的冷凝物可与水悬浮液混合，然后水悬浮液被供应到喷 雾干燥吸附器的雾化器。不偏离本发明的本质，作为又一个备选方案，三氧化硫SO3去除装置也可为单独的 单元的形式，其与从烟道气去除二氧化硫毫不相关。催化反应器16已根据本发明的优选的实施例描述为由三个并联催化剂床节段 48、50、52构成。然而，将了解的是，在不偏离本发明的本质的情况下，催化反应器16可同样 由相对于彼此布置成并联关系的任何其它数量的催化剂床节段构成，只要提供了足够数量的床节段即可，它们能够在催化剂床节段中的另外的一些借助于再生气体从中穿过而再生 的同时保持操作。此外，催化反应器16已经根据本发明的优选的实施例被示为由单个催化 剂床层46构成。然而，将了解的是，催化反应器也可同样设计为具有若干个-诸如，以例示 而非限制的方式，2-5个串联地布置的催化剂床层，而不偏离本发明的本质。在上文中已经描述了(但不限于此)来自冷凝器40的冷凝物包含三氧化硫S03。 除三氧化硫之外或作为其备选，可行的是在催化反应器16的再生期间可形成其它化合物。 可包含在冷凝物中的这样的化合物的实例包括硫酸(氢)铵和硫酸。之前在上文中已经参照图2和3描述了关闭装置可如何根据本发明来布置以便 起作用而用于隔离催化剂床节段与从中经过的烟道气流的目的。然而，将了解的是，同样 可应用其它机械布置而不偏离本发明的本质，以用于实现这样的隔离的目的。在美国专利 No. 6，340，002中描述和说明了一个这样的备选的布置，该专利的教导由此借助于对它的该 引用而结合在本文中。以上已描述了催化反应器16位于空气-预热器6的下游以及静电除尘器12的下 游。将了解的是，也可利用其它布置。例如，催化反应器可紧接地位于空气-预热器的下游， 其中灰尘去除装置(诸如静电除尘器)位于催化反应器的下游。此外，催化反应器也可紧 接地位于锅炉的下游，其中灰尘去除装置和空气预热器位于催化反应器的下游。虽然在本文中参照一些优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将了解 的是，可对本发明作出各种变化以及/或者等效物可替换本发明的元件中的各种元件，而 不偏离本发明的本质。除此之外，可对本发明作出许多修改，以便使本发明适用于特定的情 形而不偏离本发明的本质。因此，意图是本发明不限于本文中作为为了实践本发明而构思 的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明应当理解为包括被认为落在本申请的所附的 权利要求书的范围内的本发明的所有实施例。另外，用语第一，第二等的使用并不能理解为 是为了标示任何顺序或重要性，而是相反，本文中所采用的这样的用语第一，第二等将理解 为仅仅是为了使元件彼此区别而采用的。因而，以概述的方式，用于从过程气体中去除氮氧化物NOx的催化反应器16至少 包括两个催化剂床节段48、50、52，其中各个设有关闭装置60、62、64。催化反应器16设计 成以便起作用而用于使得过程气体F流过第一床节段48的目的。另外，过程气体F处于第 一温度，在第一温度处，夹带在热过程气体中的三氧化硫SO3至少部分地沉淀到第一催化剂 床节段48包含的催化材料上。关闭装置60设计成定期地操作，以便由此利用其来实现第 一床节段48与从中通过的过程气体F的流的隔离。除此之外，提供了再生系统34、36、38， 其设计成以便起作用而用于使得再生气体流过第一床节段48的目的。此外，与所述催化反 应器16分开的三氧化硫SO3去除装置20设计成以便起作用而用于以下目的利用其来实 现从所述再生气体中去除三氧化硫S03。
权利要求
1.一种通过使用包含催化活性材料的催化反应器从热过程气体中至少部分地去除氮 氧化物的方法，所述催化反应器包括催化剂床，该催化剂床包括相对于热过程气体的流的 方向布置成并联关系的至少两个催化剂床节段，所述至少两个催化剂床节段中的各个设有 关闭装置，使得所述至少两个催化剂床节段中的各个可与过程气体流单独地隔离，其特征 在于，所述方法包括以下步骤使得所述热过程气体流过所述至少两个催化剂床节段的至少第一催化剂床节段，所述 热过程气体处于第一温度，在所述第一温度处，夹带在所述热过程气体中的三氧化硫至少 部分地沉淀到所述第一催化剂床节段包含的催化材料上，定期地操作所述第一催化剂床节段的关闭装置，以便由此隔离所述第一催化剂床节段 与所述热过程气体的流，而所述至少两个催化剂床节段的至少第二催化剂床节段保持起作 用以用于以下目的利用该至少第二催化剂床节段实现从所述热过程气体中去除三氧化硫 和氮氧化物，当所述第一催化剂床节段与所述热过程气体的流隔离时，使得再生气体流过所述第一 催化剂床节段，以及在所述再生气体已流过所述第一催化剂床节段之后，使得所述再生气体流过三氧化硫 去除装置，所述三氧化硫去除装置与所述催化反应器分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再生气体处于第二温度，所述第二温 度高于所述第一温度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一温度在180-300°C的范围中，且 所述第二温度为至少310°C。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三氧化硫去除装置是选自由湿式洗 涤器、干式洗涤器、织物过滤器和静电除尘器组成的装置组的三氧化硫去除装置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三氧化硫去除装置相对于热过程气 体的流的方向位于所述催化反应器下游的点处，且所述三氧化硫去除装置起作用以用于去 除夹带在所述热过程气体中和所述再生气体中的硫物类的目的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述再生气体已流过所述第一催化剂 床节段之后以及在使得所述再生气体流过所述三氧化硫去除装置之前，冷却所述再生气 体。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在已使得所述再生气体流过所述第一催 化剂床节段之后，使得所述再生气体流过三氧化硫去除装置，其中所述再生气体的至少一 部分与在所述三氧化硫去除装置中循环的吸附介质混合，以用于实现去除夹带在所述热过 程气体中的二氧化硫的目的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再生气体是选自由蒸汽、空气、氮气、 烟道气以及它们的混合物组成的气体组的再生气体。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选自由氨和尿素组成的化学物组的化学 物被供应到所述催化反应器，以用于利用该化学物来实现从所述热过程气体中去除的氮氧 化物的选择性催化还原的目的。
10.一种起作用以便从热过程气体中至少部分地去除氮氧化物的气体清洁系统，所述 气体清洁系统包括包含催化活性材料的催化反应器，所述催化反应器包括催化剂床，该催化剂床包括至少两个催化剂床节段，所述至少两个催化剂床节段相对于热过程气体的流的 方向布置成并联关系，所述至少两个催化剂床节段中的各个设有关闭装置，使得所述至少 两个催化剂床节段中的各个可与所述热过程气体的流单独地隔离，其特征在于，所述催化 反应器起作用以用于以下目的使得所述热过程气体流过所述至少两个催化剂床节段的至 少第一催化剂床节段，所述热过程气体处于第一温度，在所述第一温度处，夹带在所述热过 程气体中的三氧化硫至少部分地沉淀到所述第一催化剂床节段包含的催化材料上，且用于 定期地实现所述关闭装置的操作，以便由此隔离所述第一催化剂床节段与从中通过的所述 热过程气体的流，而所述至少两个催化剂床节段中的第二催化剂床节段保持起作用而用于 以下目的利用该第二催化剂床节段实现从所述热过程气体中去除三氧化硫和氮氧化物，所述气体清洁系统进一步包括再生系统，该再生系统起作用以用于在所述第一催化 剂床节段与所述热过程气体的流隔离时使得再生气体流过所述第一催化剂床节段的目的； 以及三氧化硫去除装置，该三氧化硫去除装置与所述催化反应器分离，并且起作用以用于 利用该三氧化硫去除装置实现从已经被致使流过所述第一催化剂床节段的所述再生气体 中去除三氧化硫的目的。
11.根据权利要求10所述的气体清洁系统，其特征在于，还包括再生气体供应装置，该 再生气体供应装置起作用以用于供应处于第二温度的所述再生气体的目的，所述第二温度 高于所述第一温度。
12.根据权利要求10所述的气体清洁系统，其特征在于，所述三氧化硫去除装置是选 自由湿式洗涤器、干式洗涤器、织物过滤器和静电除尘器组成的装置组的三氧化硫去除装置。
13.根据权利要求12所述的气体清洁系统，其特征在于，所述三氧化硫去除装置相对 于所述热过程气体的流的方向位于所述催化反应器的下游的点处，且所述三氧化硫去除装 置起作用以用于利用它来实现去除夹带在所述热过程气体中和所述再生气体中的硫物类 的目的。
14.根据权利要求10所述的气体清洁系统，其特征在于，还包括气体冷却器，所述气体 冷却器起作用以用于以下目的利用该气体冷却器在所述产生气体已流过所述第一催化剂 床节段之后以及使得所述再生气体流过所述三氧化硫去除装置之前实现冷却所述再生气 体。
15.根据权利要求10所述的气体清洁系统，其特征在于，所述气体清洁系统进一步起 作用以用于以下目的实现已流过所述第一催化剂床节段的所述再生气体的至少一部分与 被致使在所述三氧化硫去除装置中循环以用于实现从所述热过程气体中去除二氧化硫的 目的的吸附介质的混合。
全文摘要
提供了一种催化反应器(16)，以用于利用其来实现从过程气体(F)中去除氮氧化物的目的，该催化反应器(16)包括至少两个催化剂床节段(48，50，52)，各个催化剂床节段设有关闭装置(60，62，64)。催化反应器(16)起作用以便使得所述过程气体(F)流过第一催化剂床节段(48)。所述过程气体(F)处于第一温度，在该第一温度处，夹带在所述热过程气体中的三氧化硫至少部分地沉淀到所述第一催化剂床节段(48)包含的催化材料上。所述关闭装置(60)定期地被操作，以便由此隔离所述第一床节段(48)与通过其中的所述热过程气体(F)的流。还提供了再生系统(34，36，38)，该再生系统起作用以用于使得再生气体流过第一床节段(48)的目的。此外，提供了三氧化硫去除装置(20)，其与所述催化反应器(16)分离，并且其起作用以用于利用其来实现从所述再生气体中去除三氧化硫的目的。
文档编号B01D53/86GK102143795SQ200980135076
公开日2011年8月3日 申请日期2009年8月13日 优先权日2008年9月5日
发明者F·Z·科扎, J·布施曼, L·查内基, M·简 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司