用于scr催化剂和系统的堵塞去除方法

用于scr催化剂和系统的堵塞去除方法
【专利摘要】本公开涉及用于处理具有降低的NOx潜在效率的SCR催化剂或SCR系统部件的方法，降低的NOx潜在效率是由于在系统中或在SCR催化剂的一个或多个通道中颗粒堵塞，其使得催化活性面积的至少一部分对于烟道气不能接近。所述方法包括使用具有颗粒喷射介质的加压载气的喷射流除去颗粒和堵塞物，所述喷射流指向SCR催化剂或SCR系统部件。
【专利说明】用于SCR催化剂和系统的堵塞去除方法
[0001]发明人:CarstenTembaak, Birgit L.Marrino 和 Albert Joseph Stier 发明【技术领域】
本公开描述了用于从选择性催化还原(SCR)催化剂和SCR系统部件除去颗粒材料的新方法。
[0002]发明背景
高温热过程，例如，产生蒸汽用于在利用化石燃料的发电厂中发电，通常产生对环境有害的副产物。在将气体排放至环境中之前，例如在离开发电厂和接触环境之前，必须从高温热过程的烟道气除去这些化合物，包括氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)。
[0003]从烟道气除去氮氧化物的标准是使用SCR催化剂(也称为DeNOx催化剂)的选择性催化还原(SCR)过程，其中将还原剂(通常为氨)注入并且混合至烟道气中，并且发送经过催化反应室，其中使用还原剂，催化剂促进NOx还原，以形成元素氮(N2)和水。
[0004]通过应用其中将在燃烧过程中产生的SO2氧化为SO3的已知方法，可进行烟道气的脱硫，例如除去S02。这在使烟道气暴露于还原催化剂之前进行。SO3可随后被碱性溶液吸收并且从过程中除去，通常为石膏形式。
[0005]来自燃烧过程的烟道气通常还含有在燃烧过程期间形成的飞灰颗粒。飞灰和其它颗粒可在SCR催化剂中或在SCR系统的各部件之中或之上累积。从烟道气除去飞灰可包括各种技术，取决于飞灰的物理性质。飞灰的物理性质根据燃料类型和热过程中的操作条件而变化。飞灰范围可为从细粉末到大颗粒灰(LPA也称为〃爆米花灰"，约0.1 cm-约2.5cm)，并且当其在SCR催化剂表面和通道之中或之上或在SCR系统部件上累积时，可发展成为大的大块(约2.5 cm-约13 cm或甚至更大)。在锅炉中形成各种类型的飞灰，并且容易携带至SCR反应器中，造成累积和堵塞SCR系统的各部件，这可导致以下的一个或多个:烟道气分布不当、催化性能由可用DeNOx潜力的损失而损失、不可接受的NH3漏失、过度压降和催化剂侵蚀损坏。使用静电沉降器(ESP)可除去细粉末飞灰，其通常安装在SCR系统的上游和/或下游，取决于SCR布置(即，高尘、低尘或尾端布置)。借助LPA筛，在SCR反应器之前，可收集LPA (也称为爆米花灰)，LPA筛通常位于在节热器出口和SCR入口之间的烟道气流中。
[0006]尽管有以上提及的技术，飞灰除去可能不足以保护催化剂或SCR系统的各部件免于被飞灰颗粒堵塞或累积，这可导致过早损失SCR性能。例如，疏松的粉末可堵塞蜂窝型和波纹型催化剂的通道，其中单独的通道对烟道气变得部分或完全不能接近。此外，大块飞灰(chunky fly ash)颗粒和LPA可在催化剂模块的顶部上或在系统的其它部件上沉积,阻塞通过蜂窝型、板型或波纹型SCR催化剂模块的烟道气通道，并且接近催化表面。爆米花灰可传送至蜂窝、波纹或板状SCR催化剂的通道内，并且在通道中沉积，在这里其可变得塞在通道壁之间，阻塞烟道气流并提供更多飞灰颗粒到环境，以累积和堵塞通道。结果可为催化剂堵塞率为5%-100%和降低的NOx除去效率。
[0007]此外，在SCR催化剂再生中，通常已知物理清洁催化剂是在随后的基于湿化学的再生过程之前的重要步骤，以除去在模块框架上、箱框架上、在催化剂顶部上和在催化剂的各通道内累积的任何疏松的飞灰，例如催化剂通道内的堵塞物。在湿化学再生之前除去飞灰堵塞物确保疏松的飞灰颗粒不被携带至处理槽中或在再生过程期间使用的化学溶液中累积，其中飞灰颗粒可潜在地造成问题，例如堵塞的设备、损坏的设备(由于飞灰的磨蚀性效果)和在过程中化学品降低的效率。因此，降低疏松的飞灰颗粒的量导致化学溶液的降低的排放速率，节省化学溶液并且防止由于磨蚀性腐蚀的机械故障。此外，在湿化学处理之前除去飞灰还可降低在处理槽中催化剂毒物(例如铁)的累积。
[0008]通常使用真空处理、用压缩空气喷吹或使用各种形状和形式的刮刀和戳刺装置手动清洁，干清洁SCR催化剂结构，例如蜂窝、板状和波纹催化剂。SCR催化剂还可加压洗涤，以除去飞灰堵塞物。然而，催化剂的加压洗涤可溶解存在于飞灰中的催化剂毒物(例如，铁)并且在催化剂表面或SCR系统中的其它部件的表面上沉积催化剂毒物。此外，来自加压洗涤的水可与在催化剂上或在飞灰中的SO3反应，以形成硫酸(H2SO4)，其对于模块框架和板状催化剂载体材料表面具有腐蚀性，并且当模块留置在环境中变干时，可导致进一步释放铁。如果留置变干，来自加压洗涤的水还可造成飞灰在通道内和在板之间硬化。
[0009]因此，仍需要另外的和有效的干物理清洁方法，在湿化学复原或再生过程之前不仅从SCR催化剂和系统除去飞灰，而且还使催化剂通道打开和不堵塞并且提供可接近的催化剂表面。此外，需要备选的飞灰除去方法，其可原位应用于SCR催化剂，即当催化剂仍在原地安装在SCR反应器中时；或者离位应用，即当将催化剂模块从反应器移除并且在原地或在再生设备处理时。
[0010]概述
本公开提供了用于从SCR催化剂或在SCR系统中的各部件之中或之上除去累积颗粒(例如飞灰堵塞物)的方法。
[0011]根据第一实施方案，本公开提供了一种用于从SCR系统的一个或多个部件除去累积颗粒的方法。所述方法包括使用喷射流处理SCR系统的一个或多个部件，所述喷射流包含加压载气和颗粒喷射介质，指向一个或多个部件的至少一个表面；和从一个或多个部件的至少一个表面除去累积颗粒的至少一部分。在特定的实施方案中，所述SCR系统部件可包含SCR催化剂。
[0012]本公开的其它实施方案提供了一种用于从SCR催化剂或SCR系统部件除去累积颗粒的方法。所述方法包括使用喷射流处理SCR催化剂或SCR系统部件，所述喷射流包含加压载气和干冰颗粒，指向所述SCR催化剂或SCR系统部件的至少一个表面；和从所述SCR催化剂或部件除去累积颗粒的至少一部分。
[0013]本公开的另一个实施方案提供了一种用于从SCR催化剂或SCR系统部件除去累积颗粒的方法。所述方法包括使用喷射流处理SCR催化剂或SCR系统部件，所述喷射流包含加压载气和颗粒喷射介质，指向所述SCR催化剂或SCR系统部件的至少一个表面；和从所述SCR催化剂或部件除去累积颗粒的至少一部分。所述颗粒喷射介质包含选自以下的颗粒:氧化铝颗粒、砂或二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碾碎的玻璃、玻璃珠、塑料珠、浮石、钢丸、钢砂、玉米芯颗粒、坚果壳颗粒、苏打颗粒、冰颗粒和它们的任何组合。
[0014]除了除去累积颗粒以外，本文描述的各种实施方案的方法还可包括从SCR系统的各部件(例如SCR催化剂的末端)除去一种或多种有色沉积物的至少一部分。【专利附图】

【附图说明】
[0015]当结合以下附图阅读时，将更好地理解本公开的各实施方案，其中:
图1A说明在处理前具有飞灰堵塞物的蜂窝SCR催化剂，图1B显示根据本公开的一个实施方案在用干冰喷射处理后相同的蜂窝SCR催化剂；
图2A说明在处理前具有飞灰堵塞物的蜂窝SCR催化剂，带有插图，显示用于XRF分析的催化剂的移除块，图2B显示根据本公开的一个实施方案在用干冰喷射处理后相同的蜂窝SCR催化剂；
图3A说明在处理前具有飞灰堵塞物的波纹SCR催化剂，图3B显示根据本公开的一个实施方案在用干冰喷射处理后相同的波纹SCR催化剂；
图4A说明在处理前具有飞灰堵塞物的蜂窝SCR催化剂，图4B显示根据本公开的一个实施方案在用干冰喷射处理后相同的蜂窝SCR催化剂；
图5A说明在处理前具有飞灰堵塞物的板状SCR催化剂，图5B显示根据本公开的一个实施方案在用干冰喷射处理后相同的板状SCR催化剂；
图6显示具有橙色沉积物的蜂窝SCR催化剂，其中催化剂的一部分已根据本公开的一个实施方案经过磨蚀性喷射介质处理，以从催化剂的前表面除去一种或多种橙色化合物(61-顶部中间区域);和
图7显示具有灰色沉积物的蜂窝SCR催化剂，其中催化剂的一部分71根据本公开的一个实施方案已经过磨蚀性喷射介质处理，以从催化剂的前表面除去一种或多种灰色化合物(参见插图)。
[0016]详述
本公开描述了使用包含加压载气和颗粒喷射介质的喷射流，用于从SCR系统的一个或多个部件(例如SCR催化剂)除去累积颗粒或堵塞物的方法。喷射过程可除去在SCR系统部件的至少一个表面上由颗粒(例如飞灰颗粒)的累积产生的堵塞物。
[0017]除了操作实施例以外或当另外说明时，用于说明书和权利要求的表述成分、处理条件等的量的所有数字应理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非作相反说明，否则在以下说明书和所附权利要求中描述的数值参数为近似值，其可根据寻求得到的期望性质而变化。至少，每一个数值参数应至少按照报道的有效数字的数值并通过应用普通的舍入方法来解释，并且不看作企图限制权利要求范围的等同原则的应用。
[0018]尽管描述本公开的宽范围的数值范围和参数为近似值，但是在具体实施例中描述的数值尽可能精确地报道。然而，任何数值可含有必然由它们的相应测试测量中存在的标准偏差造成的某些误差，例如像设备和/或操作者误差。
[0019]另外，应理解的是，本文引用的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。例如，“1-10”的范围旨在包括在引用的最小值I和引用的最大值10之间(包括I和10)的所有子范围，也就是，具有等于或大于I的最小值和小于或等于10的最大值。
[0020]本文引用的任何专利、出版物或其它公开材料全部或部分通过引用而结合到本文，但是仅到所结合的材料不与在本公开内容中阐述的现有定义、陈述或其它公开材料冲突的程度。因此，并且在必要的程度上，本文明确描述的公开内容代替通过引用而结合到本文中的任何冲突材料。所述通过引用而结合到本文中但是与本文描述的现有定义、陈述或其它公开材料冲突的任何材料或其部分将仅在所结合的材料与现有的公开材料之间不产生冲突的程度下结合。
[0021]参考各示例性非限制性实施方案，本公开描述了本发明的若干不同的特征和方面。然而，应理解的是，本发明包括多个备选的实施方案，其可通过以本领域普通技术人员发现可用的任何组合来组合本文描述的任何不同的特征、方面和实施方案而实现。
[0022]定义
本文使用的术语"SCR系统部件"是指在发电厂的锅炉与SCR催化剂的出口之间的设备和烟道部件，包括SCR催化剂模块和暴露于烟道气的任何设备，包括，例如，催化剂材料和表面、LPA筛、在SCR催化剂上游或下游的烟道气精馏器栅板、安装在SCR系统的任何点的催化剂样本以及与烟道气和颗粒(例如飞灰颗粒)接触的SCR系统和催化剂载体结构(其固定催化剂模块或其它SCR系统部件在合适的位置)。
[0023]本文使用的术语"SCR催化剂〃是指选择性催化还原催化剂，其设计用于从烟道气除去N0X，该烟道气在发电厂中利用化石燃料和/或生物燃料和/或生物质用于发电的燃烧过程期间和在家庭废物焚烧期间产生。SCR催化剂利用注入烟道气流的还原剂(例如氨)并且通过催化反应室输送，其中催化材料促进用还原剂还原烟道气中的各种NOx组分，以形成元素氮和水。SCR催化剂也可称为"DeNOx催化剂"。SCR催化剂通常具有使催化表面积最大化的结构，包含蜂窝型催化剂设置、波纹型催化剂设置和板型催化剂设置。虽然引用的催化剂结构是在本领域中最常见的，但是其它催化剂结构和构造是可能的，并且包括在本发明的范围内以及包括在"SCR催化剂〃的定义中。本文使用的术语"SCR催化剂〃包括催化材料、催化剂基底(例如但不限于二氧化钛)、催化剂载体材料(例如但不限于金属网，例如板状-类型催化剂)、催化剂载体结构和固定载体结构以形成催化剂模块的任何框架。
[0024]当用于提及SCR催化剂时，本文使用的术语〃通道〃是指在SCR催化剂的催化表面之间的开通空间，例如，蜂窝催化剂或波纹催化剂的通道和在板型催化剂中的板之间的通道。
[0025]本文使用的术语"颗粒"包括但不限于燃烧副产物(例如飞灰)以及来自反应器或烟道结构的金属或其它部件。颗粒尺寸范围可为从细粉末(具有小至约I μm尺寸)至大颗粒(尺寸为约5英寸或甚至更大)。
[0026]本文使用的术语〃飞灰〃是指在发电厂操作中产生的燃烧副产物，并且可包括具有任何尺寸的飞灰，范围在从细粉末飞灰、大颗粒灰(LPA，也称为"爆米花灰")和较大的大块灰块之间。
[0027]本文使用的术语"颗粒喷射介质"是指使可用加压载气射出至表面或污染物的任何合适的颗粒。颗粒喷射介质的尺寸可为约0.05 mm至最多20 mm。
[0028]本文使用的术语〃干冰〃是指固体二氧化碳(CO2)，并且可为粉末至干冰颗粒或丸粒的形式，并且尺寸为约0.05 mm至最多20 mm。
[0029]本文使用的术语〃原位〃是指当安装在正常的操作位置时，而术语〃离位〃是从正常的操作位置卸下或移除。
[0030]除非另外说明，否则所有百分比和比率按重量计算。除非另外说明，否则所有百分比和比率基于总组合物计算。
[0031]应理解的是，在本说明书通篇给出的每个最大数值限度包括每个较低的数值限度，如同这些较低的数值限度在本文中明确写出一样。在本说明书中通篇给出的每个最小数值限度包括每个较高的数值限度，如同这些较高的数值限度在本文中明确写出一样。在本说明书中通篇给出的每个数值范围包括落入该较宽的数值范围内的每个较窄的数值范围，如同这些较窄的数值范围在本文中明确写出一样。
[0032]喷射方法
本公开提供了一种用于从SCR系统的一个或多个部件除去累积颗粒的方法。根据各实施方案，所述方法可包括使用指向一个或多个部件的至少一个表面的喷射流处理SCR系统的一个或多个部件，和从一个或多个部件除去累积颗粒的至少一部分。根据各实施方案的喷射流可包含加压载气和颗粒喷射介质。
[0033]设计本文描述的方法，以从一个或多个部件除去累积颗粒，例如选自以下的颗粒:飞灰颗粒、来自反应器或烟道结构的金属部件、在催化剂和模块框架之间的填充材料、来自管网的绝缘材料、来自系统中其它来源的颗粒和它们的任何组合。例如，在化石燃料或生物质燃烧发电厂的燃烧过程期间，产生包含飞灰的燃烧排气烟道气并从发电厂排放。在离开发电厂之前，烟道气经过包括SCR系统的多个通道，设计该SCR系统以从烟道气除去某些组分，例如氮氧化物(NOx)。飞灰颗粒可在SCR系统的各部件的各个表面之中或之上沉积或者变为被俘获，包括例如，在SCR催化剂上或在SCR催化剂的各通道中。此外，发电厂烟道系统的某些部件的机械故障或损坏可导致小的金属部件(例如像螺母和/或螺栓或破碎的金属块)、来自催化剂之间和/或催化剂和模块框架之间的填充材料、来自管网的绝缘材料和可在SCR系统或SCR催化剂之中或之上变为被俘获的其它材料。这些颗粒的累积导致降低的催化活性，并且需要除去这些颗粒来再生SCR催化剂和系统以优化性能。可在SCR系统的结构和表面上累积的飞灰颗粒可具有多种尺寸，从飞灰尘或粉末到尺寸为约0.1 cm-约
2.5 cm的大颗粒灰(LPA或爆米花灰)到尺寸为约2.5 cm-约13 cm或甚至更大的大块飞灰块。
[0034]根据各实施方案，所述喷射流包含在SCR系统的一个或多个部件的至少一个表面处推进颗粒喷射介质的加压载气。载气可为可加压的任何合适的气体。合适的载气的实例包括但不限于空气、氮气、二氧化碳、惰性或稀有气体和它们的任何混合物。可将载气加压至足以造成喷射流离开喷射装置的喷嘴的压力，为约17.4 psig-约4000 psig (约900托-约2.07X 105托)压力。在具体的实施方案中，加压载气可为空气。根据某些实施方案，加压空气的露点可为约0°C -约38°C。许多不同的喷嘴结构可用于处理SCR系统，包括允许进入系统中的小裂缝和SCR催化剂中的蜂窝或波纹通道的喷嘴结构。
[0035]在本公开的特定实施方案中，颗粒喷射介质可为干冰(CO2 (固))颗粒。根据这些实施方案，SCR系统的一个或多个部件可使用干冰喷射系统清洁。合适的干冰喷射系统包括单软管和双软管干冰喷射系统两者。
[0036]干冰喷射可特别适于清洁SCR系统部件(包括SCR催化剂)，并且包括在极高速度下在待清洁的表面或物体处推进干冰颗粒，例如丸粒。实际的干冰颗粒较软，并且不如许多常规的喷射介质致密。当撞击时，干冰颗粒几乎立即升华，在冲击时向表面传送最小的动能并且产生最小磨损。此外,升华过程从表面吸收大量的热量，由于热冲击产生剪切应力。认为这提高干冰颗粒的清洁性能，因为预期飞灰或其它污染物的顶层比下面的基底传递更多的热量，因此更容易脱落。喷射过程的效率和有效性可取决于基底和污染物的热导率。此夕卜，从固体到气体的快速状态变化还可造成微观的冲击波，也认为该冲击波有助于疏松和除去颗粒污染物。干冰喷射介质的额外优点在于，由于干冰颗粒直接升华为气体，喷射过程在SCR部件的表面上不留下化学残余物。
[0037]根据其它实施方案，颗粒喷射介质可包含选自以下的颗粒:氧化铝颗粒、砂或二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碾碎的玻璃、玻璃珠、塑料珠、浮石、钢丸、钢砂、玉米芯颗粒、坚果壳颗粒例如核桃壳、山核桃壳、杏坚果或其它合适的坚果壳、苏打颗粒、冰颗粒和它们的任何组合。使用任何这些颗粒材料可通常称为〃磨蚀性喷射"，定义为在高压下向表面强制推进磨蚀性材料的流，使粗糙表面光滑、使光滑表面粗糙、改变表面形状或除去表面污染物。磨蚀性喷射介质的最终选择取决于所需的工作性质和采用的喷射设备。在本公开的上下文中，磨蚀性喷射的意图是除去污染物，例如SCR系统部件的颗粒污染物、堵塞物和/或有色污染物，而对部件下面的表面材料具有很少的影响或没有影响。
[0038]根据各实施方案，本文描述的方法从SCR系统的一个或多个部件有效除去累积颗粒物质，例如飞灰颗粒。根据某些实施方案，处理一个或多个部件可导致从SCR系统部件除去最多约100%的累积颗粒。在其它实施方案中，所述方法可除去约25%-约100%的累积颗粒，在其它实施方案中，所述方法可除去约50%-约100%或甚至约70%-约100%的累积颗粒。在催化剂的一个或多个通道被堵塞的某些实施方案中，处理方法可除去整个堵塞物，或者除去至少一部分堵塞物(例如，通过使堵塞材料破裂或在堵塞物中产生孔洞)，使得在湿化学处理过程中的化学品和溶液可接触剩余堵塞材料的部分，并且进一步除去剩余颗粒材料的至少一部分(例如飞灰)，和/或使得用于复原/再生过程的湿化学处理组分可接近和复原/再生在堵塞物后面或被堵塞物材料覆盖的通道中的催化剂表面。
[0039]本公开的各实施方案允许原位处理SCR系统部件，即当部件仍安装在其正常的操作位置时。原位处理部件允许除去颗粒材料而没有移除部件和/或将部件输送至清洁设备的额外成本。包含使用干冰喷射SCR系统部件的那些实施方案可特别适于原位处理以除去颗粒材料，因为干冰颗粒喷射介质在室温下升华，没有留下在处理后必须清洁或从SCR系统除去的喷射材料。然而，还可原位使用其它喷射介质，因为所用的喷射介质可连同颗粒简单地除去，例如已从系统除去的飞灰颗粒。当物理污染(即，存在颗粒材料)比化学污染严重时，本发明的方法提供了原位干清洁SCR部件或SCR催化剂的能力，从而延长除去和清洁/再生之间的催化剂操作寿命。或者，可离位处理部件，即部件从其正常的操作位置移除。由于处理方法的轻便性质，一旦部件已从操作位置移除，其可在原地处理，从而节省运输成本。在其它实施方案中，可将部件装置离开原地输送至处理设备，并且以本文描述的方法处理和在处理设备处可能经受其它处理或再生过程。
[0040]在具体的实施方案中，SCR系统部件可包含SCR催化剂。SCR催化剂可具有蜂窝型催化剂结构，其具有多个通道，烟道气可通过通道移动并且在通道表面上与催化剂反应。在其它实施方案中，SCR催化剂可具有波纹型催化剂结构，其具有形成通道的波纹，烟道气可通过通道移动并且在通道表面上与催化剂反应。在其它实施方案中，SCR催化剂可具有板型催化剂结构，其具有多个平行的板状结构，在板中间有空间，烟道气可通过该空间移动并且在板表面上与催化剂反应。在这些类型的催化剂的每一个中，飞灰和其它颗粒可在通道或空间中变得阻塞或挤塞，导致可限制烟道气流动和限制接近催化表面的飞灰堵塞物。因此，处理SCR催化剂以除去累积颗粒对于优化催化性能是重要的。此外，本发明的方法允许除去累积颗粒，以使得通道打开并且对于在随后的再生过程中施用的化学品可接近。[0041]取决于SCR催化剂的使用类型(例如但不限于在发电厂中燃烧的燃料类型)和在处理前SCR催化剂已安装的时间长度，SCR催化剂的通道可被颗粒材料(例如飞灰)部分或完全堵塞。在某些实施方案中，SCR催化剂的通道的堵塞百分比可为约10%-约100%，在其它实施方案中，堵塞百分比可为约50%-约100%。
[0042]在用于处理SCR催化剂的那些实施方案中，SCR催化剂可在实现除去累积颗粒的任何位置经处理。例如，根据一个实施方案，SCR催化剂可在垂直位置处理，即，其中通道在垂直方向取向。在该实施方案中，由于SCR催化剂模块通常以垂直取向安装，当仍安装在SCR系统中时，SCR可在垂直位置经原位处理。在其它实施方案中，SCR催化剂模块可在水平取向原位取向，并且可在水平取向经原位处理。或者，SCR催化剂可在处理设备处在垂直位置处理，例如当放置在具有带格栅顶部的桌上时，一旦被喷射过程疏松，该顶部使飞灰和其它颗粒离开模块重力降落到地板上或者到收集装置中。根据另一实施方案，SCR催化剂可在水平位置处理，即，其中通道在水平方向取向。在水平位置处理SCR催化剂(例如离位)可更容易允许将喷射设备的喷嘴引导到SCR催化剂的通道之处或之中。
[0043]SCR催化剂具有烟道气入口侧(即，具有指向烟道气来源的通道的催化剂侧)和烟道气出口侧(即，具有指向远离烟道气来源的通道的催化剂侧)。根据一个实施方案，处理SCR催化剂可包括将加压载气和颗粒喷射介质的流引导到SCR催化剂的烟道气入口侧。根据另一实施方案，处理SCR催化剂可包括将加压载气和颗粒喷射介质的流引导到SCR催化剂的烟道气出口侧。所述方法的其它实施方案可包括将流交替引导到烟道气入口和烟道气出口侧。设计所有这些实施方案，使得在SCR催化剂上和在通道内累积颗粒材料的更替最大化。
[0044]本公开的方法的其它实施方案可包括使用喷射流从SCR催化剂的末端除去一种或多种有色沉积物的至少一部分。当使用时，SCR催化剂可在催化剂的表面上发展出有色沉积物，例如红色或橙色的沉积物或灰色沉积物。这样的有色沉积物可产生自烟道气中的金属化合物或其它污染物，所述金属化合物或其它污染物来源于:燃烧各种燃料类型或来自各种来源的燃料；来自烟道导管材料的内表面，例如，由于飞灰的磨蚀性作用；或来自其它来源。污染物可包括在燃烧过程期间气化或由导管材料磨蚀并沉积在催化剂表面上的金属或其它燃料污染物。例如，认为红色可由于含铁污染物的沉积。铁化合物和/或铁盐可与催化剂表面物理和化学结合，进一步降低催化剂的性能。研究表明，铁离子可能是在发电厂中在SCR催化剂的常规操作期间增强和不期望的SO2到SO3的转化的主要起因。SO3可随后与烟道气中的水反应，以形成硫酸。硫酸可随后与烟道气排放系统的下游部件反应，以腐蚀或氧化那些部件，潜在地导致部件故障。
[0045]根据某些实施方案，通过使用喷射流处理催化剂，可实现除去一种或多种有色化合物。例如，根据本文描述的各实施方案，使用喷射流在SCR催化剂的烟道气入口侧处理SCR催化剂可除去经处理表面上的至少一部分有色沉积物。类似地，还可处理烟道气出口侦牝以除去任何有色沉积物。根据这些实施方案，可实现除去有色沉积物，从SCR催化剂的入口或出口侧到最多20 mm的通道内深度，或在其它实施方案中，最多15 mm，或在某些实施方案中，最多10 _。由于在对通道内较深处催化剂表面的有限接近，在较大的深度除去染色通常是不可能的。在包括板型SCR催化剂(其中板可单独拆卸和处理)的实施方案中，可实现在催化剂板的整个表面上除去一种或多种有色化合物的至少一部分。根据这些实施方案，可使用任何喷射介质来从SCR催化剂的表面除去至少一部分有色沉积物。然而，更具磨蚀性的喷射介质可显示对有色沉积物的更大去除，例如氧化铝颗粒、砂或二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碾碎的玻璃、玻璃珠、塑料珠、浮石、钢丸、钢砂、玉米芯颗粒、坚果壳颗粒、苏打颗粒、煤渣和本文描述的它们的任何组合。应注意，在除去一种或多种有色沉积物期间，应使下面的SCR催化剂和陶瓷或金属催化剂载体材料的任何磨耗最小化。本文描述的各种处理方法的各实施方案还可用于从SCR系统的其它部件的表面除去任何有色沉积物的至少一部分。在具体的实施方案中，具有有色沉积物但是不具有大量累积颗粒的SCR催化剂可根据本文的实施方案处理，包括使用喷射流处理SCR催化剂，所述喷射流包含加压载气和颗粒喷射介质，指向具有一种或多种有色沉积物的SCR催化剂的至少一个表面，和从催化剂表面除去一种或多种有色沉积物的至少一部分。
[0046]在本公开的其它实施方案中，SCR催化剂可进一步经受预处理过程或后处理过程。例如，根据一个实施方案，本文描述的方法还可包括在使用喷射流处理SCR催化剂之前或之后，使SCR催化剂经受一个或多个干清洁过程。除去颗粒(特别是疏松的颗粒，例如飞灰颗粒)的各种干清洁过程包括例如对催化剂抽真空(即，使用真空装置抽吸，以除去疏松的颗粒材料)，空气喷吹(即，使用压缩空气流处理催化剂，以除去疏松的颗粒材料)，摇动催化剂以逐出疏松的颗粒材料，使用刮刀刮擦催化剂表面以除去颗粒材料，和戳刺进催化剂的通道中以除去其中的颗粒材料。所有这些干清洁过程可有效除去一部分颗粒材料。然而，没有干清洁过程能完全实现除去所有颗粒材料，除去所有颗粒材料可能是人力密集的，并且可能潜在地损坏催化剂表面或结构材料(例如戳刺和刮擦)。当与本文描述的各种喷射方法组合时，所述的干清洁方法可导致颗粒材料从SCR催化剂的更大去除。例如，本发明的方法和干清洁方法可在从SCR催化剂的通道逐出、疏松和除去颗粒材料(例如飞灰堵塞物)方面彼此补充。
[0047]在其它实施方案中，本文描述的方法还可包括在使用喷射流处理SCR催化剂之前或之后，使SCR催化剂经受一个或多个湿化学清洁过程和干燥过程。湿化学清洁可包括从催化剂表面和孔除去污染物和毒物的清洁，通常称为复原，并且还可包括使用活性金属组分再浸溃催化剂，通常称为再生。湿化学清洁、复原或再生过程可包括使用水溶液或非水溶液洗涤或处理SCR催化剂，以除去颗粒材料、化学污染物和催化剂毒物，例如，通过逐出材料，溶解材料或与材料化学反应(例如，以形成可溶于水溶液和/或洗涤溶剂的化合物)。当在本文描述的喷射处理之前使SCR催化剂经受湿化学清洁、复原或再生过程时，通常将SCR催化剂干燥，例如，通过加热和/或通过在催化剂上喷吹热空气或干空气，以在对处理催化剂喷射处理前，除去来自湿清洁过程的任何残余的水分。干燥可包括煅烧过程，其中催化剂经受的温度在约400°C -约450°C范围。
[0048]可在本文描述的方法之前或之后组合使用的其它具体的干清洁和湿化学清洁过程和方法包括多种过程，描述于美国专利号6，299, 695 ;6，387, 836 ;7，723，251 ；和 7，741，239 以及美国申请公布号 2007/0161509 ；2008/0115800 ；2009/0209417 ；和2009/0239735，其每一个的公开内容通过该引用而全文结合到本文中。
[0049]根据本文描述的各实施方案，其中除了本文描述的喷射处理以外，SCR催化剂还经受干清洁过程和/或湿清洁过程，进行处理的顺序可按期望变化。例如，在一个实施方案中，在任何干清洁或湿清洁过程之前，SCR催化剂可使用喷射过程处理。在另一实施方案中，SCR催化剂可经受干清洁过程，随后用本文描述的喷射过程处理，并任选随后用湿化学清洁过程处理。在又一实施方案中，SCR催化剂可经受干清洁过程和湿清洁过程，随后干燥和/或煅烧，并用本文描述的喷射过程处理。
[0050]在具体的实施方案中，SCR催化剂可任选进一步再生，例如通过使用一种或多种催化活性金属化合物再浸溃SCR催化剂。再浸溃SCR催化剂可在湿催化剂上进行，或者在催化剂已干燥后进行。例如，在预期的使用期间(即，从发电厂烟道气除去一种或多种组分)和/或在催化剂的各种处理/再生过程期间，由于例如SCR催化剂中一种或多种催化活性金属化合物的一部分损失或失活(中毒)，催化剂的催化活性可变得减小。再浸溃经再生的SCR催化剂可包括使用选自钒化合物、钥化合物和钨化合物的一种或多种催化活性金属化合物(例如这些金属的氧化物)浸溃。在其它实施方案中，经再生的SCR催化剂可进一步经再煅烧，例如，以提高再生的催化剂的机械强度和结构完整性。
[0051]本公开的具体实施方案提供了一种用于从SCR催化剂(例如蜂窝型、波纹型或板型SCR催化剂或其它SCR催化剂结构)除去累积颗粒的方法。所述方法可包括使用喷射流处理SCR催化剂的步骤，所述喷射流包含加压载气和干冰(CO2 (固体))颗粒，指向SCR催化剂的至少一个表面，和从SCR催化剂除去累积颗粒的至少一部分。根据某些实施方案，累积颗粒可包含飞灰颗粒，例如飞灰尘、大颗粒灰、爆米花灰、大块灰和它们的任何组合，例如以上描述的。在具体的实施方案中，所述方法还可包括从SCR催化剂的末端除去一种或多种有色沉积物的至少一部分，如本文描述的。可通过以下实现除去一种或多种有色沉积物:通过使用干冰喷射流处理SCR催化剂，或者，在使用干冰喷射流处理SCR催化剂之后，通过使用包含磨蚀性喷射材料的喷射流处理SCR催化剂，例如本文描述的。还预期所述方法的这些实施方案与本文描述或详述的任何其它步骤、过程或特征的组合。
[0052]本公开的另一个实施方案描述了一种用于从SCR催化剂除去累积颗粒和/或一种或多种有色化合物的方法，所述方法包括使用喷射流处理SCR催化剂，所述喷射流包含加压气体和磨蚀性颗粒喷射介质，指向SCR催化剂的至少一个表面；和从SCR催化剂除去累积颗粒和/或一种或多种有色化合物的至少一部分。根据具体实施方案，磨蚀性颗粒喷射介质包含选自以下的颗粒:氧化铝颗粒、砂或二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碾碎的玻璃、玻璃珠、塑料珠、浮石、钢丸、钢砂、玉米芯颗粒、坚果壳颗粒、苏打颗粒、冰颗粒和它们的任何组合。本文详细描述磨蚀性喷射介质的具体细节。根据某些实施方案，累积颗粒可包含飞灰颗粒，例如飞灰尘、大颗粒灰、爆米花灰、大块灰和它们的任何组合，例如以上描述的。在涉及除去累积颗粒的具体实施方案中，所述方法还可包括从SCR催化剂的末端除去一种或多种有色沉积物的至少一部分，如本文描述的。在具体的实施方案中，在使用磨蚀性喷射步骤处理SCR催化剂之前，所有或大多数累积颗粒可事先通过一种或多种其它清洁过程除去，包括但不限于干冰喷射、干清洁或湿化学清洁，以从催化剂的表面或末端除去一种或多种有色化合物。还预期所述方法的这些实施方案与本文描述或详述的任何其它步骤、过程或特征的组合。
[0053]本公开还包括基本上不含飞灰颗粒的再生的SCR催化剂，其中SCR催化剂从飞灰颗粒阻塞率为约15%-约100%的SCR催化剂再生，使用本文描述的方法的任何不同实施方案。在具体实施方案中，经再生的SCR催化剂可通过本文的方法去除最多约100%的飞灰颗粒阻塞率，或者在特定的实施方案中，除去约10%-约100%，或甚至约50%-约100%的飞灰颗粒阻塞率。根据特定的实施方案，基本上不含飞灰颗粒的SCR催化剂还可使用本文详述的一个或多个额外的干清洁、湿化学清洁、再浸溃或煅烧步骤处理。
[0054]本文描述的过程不应局限于使用包含加压载气和颗粒喷射材料的喷射流。用于在SCR系统的一个或多个部件或SCR催化剂的表面处加速颗粒喷射材料的任何其它合适的方法也可具有与所描述的喷射流类似的效果，并且在本发明方法的范围内。例如，预期使用离心加速(例如用离心轮)或其它加速装置。因此，例如，本公开还包括一种用于从SCR系统的一个或多个部件或SCR催化剂的至少一个表面除去累积颗粒和/或一种或多种有色沉积物的方法，其中所述方法包括在SCR系统的一个或多个部件或SCR催化剂的至少一个表面处使颗粒喷射介质(例如本文详述的那些)加速，和从SCR系统的一个或多个部件或SCR催化剂的表面除去累积颗粒材料的至少一部分和/或一种或多种有色沉积物的至少一部分。还预期该方法与本文描述的其它实施方案的组合。
[0055]虽然本文已详细描述了各种具体实施方案，本公开旨在涵盖所公开的实施方案的各种不同的组合，并且不局限于本文描述的任何具体实施方案。当结合以下代表性实施例阅读时，可以更好地理解本公开的各实施方案。包括以下代表性实施例为了说明目的而不是限制。
实施例
[0056]干冰喷射和磨蚀性喷射设备市售可得，并且大多数市售可得的设备适用于本文描述的方法。本文的干冰喷射实施例利用市售可得自Phoenix Unlimited LLC,Corona,CA的Phoenix Model PHX 150干冰清洁系统，结合标准24〃长方形高流量/210 SCMF喷嘴，14〃扇形喷嘴高流量/175 SCMF喷嘴和RED粒料粉碎器附件。
[0057]实施例1
在垂直(在清洁的桌上)和水平位置两者使用干冰喷射处理平均飞灰堵塞率大于80%的蜂窝SCR催化剂模块(图1A)。处理后，SCR催化剂模块具有小于约10%飞灰堵塞率(图1B)。即使在处理后在SCR催化剂中的一些通道并非完全不堵塞，但飞灰从通道部分除去，使得通道打开并且对于在随后的清洁/再生步骤期间施用的湿清洁化学品可接近。
[0058]实施例2
在水平位置使用干冰喷射处理平均飞灰堵塞率大于90%的蜂窝SCR催化剂模块(图2A)。处理后，SCR催化剂模块具有小于约20%飞灰堵塞率(图2B)。
[0059]为了检验干冰喷射对催化剂组成的影响，选择测试模块的一个块(10)(图2B插图)，并且在喷射过程之前取样品，并且在处理过程之后，移除测试模块的第二个块。随后在催化剂表面处和本体中两者使用X-射线荧光(XRF)技术分析样品的入口。表I显示在处理之前或之后使用XRF的催化剂组成，并且证实通过该处理过程，催化剂组成未改变。
[0060]表1:蜂窝SCR催化剂组成的XFR数据
【权利要求】
1.一种用于从SCR系统部件除去累积颗粒的方法，所述方法包括: 使用喷射流处理SCR系统的一个或多个部件，所述喷射流包含加压载气和颗粒喷射介质，指向所述一个或多个部件的至少一个表面；和 从所述一个或多个部件除去累积颗粒的至少一部分。
2.权利要求1的方法，其中所述累积颗粒选自飞灰颗粒、来自反应器或烟道结构的金属部件、填充材料、绝缘材料和它们的任何组合。
3.权利要求2的方法，其中所述累积颗粒包含飞灰颗粒、飞灰尘、大颗粒灰、爆米花灰、大块飞灰块或它们的组合。
4.权利要求1的方法，其中所述颗粒喷射介质为干冰颗粒。
5.权利要求1的方法，其中所述颗粒喷射介质包含选自以下的颗粒:氧化铝颗粒、砂或二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碾碎的玻璃、玻璃珠、塑料珠、浮石、钢丸、钢砂、玉米芯颗粒、坚果壳颗粒、苏打颗粒、冰颗粒和它们的任何组合。
6.权利要求1的方法，其中所述喷射流通过喷嘴指向所述部件的至少一个表面，并且所述喷射流在约17.4 psig-约4000 psig压力下离开所述喷嘴，并且其中所述载气选自空气、氮气、二氧化碳、惰性气体和它们的任何混合物。
7.权利要求1的方法，其中对所述SCR体系的部件的处理，当所述部件安装在正常的操作位置时，所述处理在所述 部件上原位进行；或者当从其正常的操作位置移除时，所述处理离位进行。
8.权利要求1的方法，其中所述SCR系统部件包含SCR催化剂。
9.权利要求8的方法，其中所述加压载气和颗粒喷射介质的流指向所述SCR催化剂的烟道气入口侧和/或指向所述SCR催化剂的烟道气出口侧，并且其中在垂直位置和水平位置至少之一处理所述SCR催化剂。
10.权利要求8的方法，其中所述SCR催化剂具有选自蜂窝催化剂、波纹催化剂和板状催化剂的催化剂结构。
11.权利要求8的方法，所述方法还包括使所述SCR催化剂经受干清洁过程，该过程包括对所述催化剂抽真空、空气喷吹、摇动，刮擦催化剂表面，或戳刺所述催化剂的通道，以在所述处理过程之前或之后除去至少一部分所述颗粒。
12.权利要求8的方法，所述方法还包括使用所述喷射流从所述SCR催化剂的末端除去一种或多种有色沉积物的至少一部分。
13.权利要求8的方法，所述方法还包括在所述处理过程之前或之后，使所述SCR催化剂经受湿化学清洁过程并干燥所述SCR催化剂。
14.权利要求8的方法，所述方法还包括使所述SCR催化剂经受湿化学清洁过程，和使用一种或多种催化活性金属再浸溃所述SCR催化剂。
15.一种从SCR催化剂除去累积颗粒的方法，所述方法包括: 使用喷射流处理SCR催化剂，所述喷射流包含加压载气和干冰颗粒，指向所述SCR催化剂的至少一个表面；和 从所述SCR催化剂除去累积颗粒的至少一部分。
16.权利要求15的方法，其中所述累积颗粒包含飞灰颗粒、飞灰尘、大颗粒灰、爆米花灰、大块飞灰块或它们的组合。
17.权利要求15的方法，其中使用所述喷射流处理所述SCR催化剂还包括: 从所述SCR催化剂的末端除去一种或多种有色沉积物的至少一部分。
18.—种从SCR催化剂除去累积颗粒的方法，所述方法包括: 使用喷射流处理SCR催化剂，所述喷射流包含加压载气和磨蚀性颗粒喷射介质，指向所述SCR催化剂的至少一个表面；和 从所述SCR催化剂除去累积颗粒的至少一部分， 其中所述磨蚀性颗粒喷射介质包含选自以下的颗粒:氧化铝颗粒、砂或二氧化硅颗粒、碳化硅颗粒、碾碎的玻璃、玻璃珠、塑料珠、浮石、钢丸、钢砂、玉米芯颗粒、坚果壳颗粒、苏打颗粒、冰颗粒和它们的任何组合。
19.权利要求18的方法，其中所述累积颗粒包含飞灰颗粒、飞灰尘、大颗粒灰、爆米花灰、大块飞灰块或它们的组合。
20.权利要求18的方法，其中使用所述喷射流处理所述SCR催化剂还包括: 从所述SCR催化剂的末端 除去一种或多种有色沉积物的至少一部分。
【文档编号】B01J38/12GK103813857SQ201280033205
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年3月21日 优先权日:2011年5月4日
【发明者】C.滕巴克, B.L.马里诺, A.J.斯蒂尔 申请人:施蒂格能源服务有限责任公司