CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器的制作方法

本实用新型涉及CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，属于环保领域。

背景技术：

在冶金行业常常涉及到大量的高温燃烧过程，从而产生了大量的氮氧化物(NOx)，在化工生产，油气炼制，燃煤发电领域，也会产生富含NOx的烟气。脱硝处理是指把已生成的NOx还原为N2，从而脱除烟气中的NOx，世界上比较主流的工艺分为：SCR和SNCR。

SCR(Selective Catalytic Reduction)选择性催化还原法脱硝技术是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术，在日本、欧洲、美国等国家地区的大多数电厂中基本都应用此技术，它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且具有脱除效率高(可达90％以上)，运行可靠，便于维护等优点。

SCR技术原理为：在催化剂作用下，向一定温度的烟气中喷入氨，将NOx还原成N2和H2O。但是，目前的SCR催化剂主要针对的脱硝工况是中高温条件下(220℃～420℃)的NOx脱除，而实际冶金生产过程中产生的需要脱硝的烟气温度都相对较低，比如烧结烟气一般在120℃左右，焦化烟气在200℃左右，另外这些烟气还可能需要经过除尘脱硫等工艺之后才会进入SCR反应器中，此时的烟气温度往往较所需要的脱硝反应温度更低，需要使用加热设备对烟气进行加热后再送入SCR反应器中，烟气再热过程需要消耗燃气对烟气进行加热，一般钢铁行业都会选择使用高炉煤气或者高炉煤气与焦炉煤气的混合气燃烧对烟气进行预热，该种技术方案被普遍采用，使用加热炉会产生一定的运行费用，此外由于国内相当多的钢铁行业脱硫脱硝项目都属于后改造项目，由于场地限制往往造成热风炉体积较小，燃烧加热区域较短，煤气燃烧并不充分，因此会造成相当含量的未燃烧CO气体进入烟气中，一方面当这些CO自身含量过高时会造成烟气排放不达标问题，另一方面，CO的存在还会对烟气成分测量装置造成影响，形成干扰信号，使得烟气中其它污染物排放不达标。更为有意义的是CO排放虽然目前尚未在钢铁冶金，化工生产等行业做出排放要求，但是，对于垃圾焚烧行业已经有了明确的CO排放要求，相信随着环保治理力度的不断加强，对于CO排放水平更高的钢铁冶金过程也极有可能出台CO排放的相关规定。

技术实现要素：

为应对环境要求，本实用新型的目的之一在于提供一种CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，该反应器能使CO催化氧化和SCR脱硝有机协同反应，同时使其能适用于实际生产工况，并且能使反应热得到有效利用。

为实现上述目的，本实用新型提供一种CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，按烟气的流动方向，其依次包括烟气总入口、反应器主体及烟气总出口；

所述反应器主体内部包括至少一个反应单元，每个所述反应单元包括串联设置的放置CO氧化反应催化剂的第一反应仓和放置SCR反应催化剂的第二反应仓，所述第一反应仓具有能与与所述烟气总入口连通的烟气进口，所述第二反应仓具有与所述烟气总出口连通的烟气出口，所述第一反应仓与所述第二反应仓并排布置并以第一导热板分隔开，且所述第一反应仓与所述第二反应仓彼此相连通形成允许烟气通过的第一烟气反应通道。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中所述第二反应仓通过设置在其中下部的横板和纵板分割为顺次连通的第一SCR反应区、第二SCR反应区及第三SCR反应区，所述纵板为第二导热板，所述第一SCR反应区与所述第三SCR反应区并排布置并以所述第二导热板分隔开，所述第二SCR反应区位于所述第一SCR反应区与所述第三SCR反应区的上方，所述第一SCR反应区通过导流弯管与所述第一反应仓的底部相连通，所述第二SCR反应区的底部分别与所述第一SCR反应区与所述第三SCR反应区相连通，所述第二SCR反应区的顶端朝向所述烟气总入口方向开放；

在所述第一反应仓的烟气进口设有能摆动的第一活动挡板门，所述第一反应仓的烟气进口和所述第二SCR反应区的顶端通过所述第一活动挡板门的往复摆动而交替启闭；所述导流弯管内设有能摆动的第二活动挡板门，所述导流弯管通过所述第二活动挡板门的往复摆动而启闭；

当所述第一活动挡板门关闭所述第一反应仓的烟气进口并开启所述第二SCR反应区的顶端，且所述第二活动挡板门关闭所述导流弯管时，所述烟气总入口、所述第二SCR反应区、所述第三SCR反应区和所述烟气总出口依次连通形成允许烟气通过的第二烟气反应通道。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中所述第一活动挡板门的两端分别为第一连接端和第一摆动端，所述第一连接端能转动的与所述第一导热板上端相接，所述第一摆动端能封盖于所述第二SCR反应区的顶端或封盖于所述第一反应仓的烟气入口上；所述第二活动挡板门两端分别为第二连接端和第二摆动端，所述第二连接端与所述导流弯管内壁能转动的相连接，所述第二摆动端能搭接在所述第二导热板下端或封堵于所述导流弯管上。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中所述反应单元并排布设有两个以上，每个所述反应单元的第一活动挡板门能与相邻的反应单元的第一活动挡板相互搭接并封盖于对应的所述第二SCR反应区的顶端或封盖于所述第一反应仓的烟气入口上。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中所述第一摆动端和所述第二摆动端上均安装有柔性密封条。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中所述柔性密封条为全不锈钢柔性密封条、氟醚橡胶柔性密封条、柔性密封条氟橡胶或聚四氟乙烯柔性密封条。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中在所述烟气总入口处安装有导流板和/或整理格栅。

如上所述的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，其中所述第一导热板和所述第二导热板为低碳钢导热板、低合金钢导热板或金属镀搪瓷导热板。

综上可知，本实用新型具有如下有益技术效果：

1、本实用新型将CO氧化与SCR脱硝反应通过分区串联形式整合到一个反应器中，可根据实际工况的需求对CO氧化反应区和SCR脱硝反应区的相对大小做调整，模块化设计，便于调整实施。

2、本实用新型将CO反应与SCR脱硝反应串联的好处在于可以利用CO氧化放出的热量对烟气加热，有利于SCR反应进行，同时采用两种反应区间隔设置的优势是可以利用导热板将CO氧化反应放出的热量传递到SCR反应区，提高能量利用率，降低烟气再加热的操作成本。

3、活动挡板门的设计可以将CO氧化反应区短路，这种设置可以适应生产中不同的工况条件，当上游工艺烟气温度达到SCR反应所需温度时，热风炉不再工作，此时则不需要使用CO氧化反应区，通过调整挡板门能够关闭CO反应区，节省CO氧化催化剂，延长了使用寿命。

4、本实用新型还具有同时处理多污染物的开发潜力，第一SCR反应区和第三SCR反应区还可以设置成针对其它污染物的催化脱出区，例如VOCs和二噁英等有机物的催化氧化区，这类污染物催化反应温度区间与SCR脱硝反应相近，可根据工艺需求安置在SCR过程前后。

附图说明

图1为本实用新型实施例所使用的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器的一种优选结构的内部透视图。

图2为图1的多功能催化反应器内部俯视图。

图3为图1的多功能催化反应器当CO催化氧化区被短路时的内部透视图。

图中标号具有如下意义：

1-烟气总入口；2-反应器主体；3-烟气总出口；4-反应单元；5-第一反应仓；6-第二反应仓；61-第一SCR反应区；62-第二SCR反应区；63-第三SCR反应区；7-第一导热板；8-第二导热板；9-导流弯管；10-柔性密封条；11-第一活动挡板门；111-第一连接端；112-第一摆动端；12-第二活动挡板门；121-第二连接端；122-第二摆动端；13-导流板；14-整理格栅。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实施例及对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。

在本实用新型中，CO氧化反应催化剂是现有的催化剂，可以是金属氧化物型催化剂，由单种金属或多种金属的氧化物组成。

SCR反应催化剂是现有催化剂，工作温度为250℃到400℃，该种催化剂可以是钒钛系催化剂，重要活性组分为五氧化二钒和氧化钛。

本实用新型SCR是指选择性催化还原(selective catalytic reduction)，利用催化剂和还原剂对NOx烟气进行还原净化的技术。

本实用新型CO催化氧化是指通过使用催化剂对有毒气体CO在较低温度下与氧气发生催化氧化反应生成无毒的CO2的过程。

本实用新型以下实施例选用的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器的内部透视图如图1所示，图1所示的状态适用于需要使用CO氧化反应区的工况(上游工艺烟气温度无法达到SCR反应所需温度时，热风炉需要工作)。图1的内部俯视图如图2所示。图3为图1的多功能催化反应器当CO催化氧化区被短路时的内部透视图，图3所示的状态适用于不需要使用CO氧化反应区的工况(上游工艺烟气温度已达到SCR反应所需温度时，热风炉不需要工作)。

如图1至图3所示，以下实施例所使用的CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器，按烟气自上游至下游的流动方向，其依次包括烟气总入口1、反应器主体2及烟气总出口3；所述反应器主体2内部包括三个并列设置的重复的反应单元4，反应单元4的数量可根据需要设置一个、两个或更多个，本实用新型对此不作限制。每个反应单元4(图1中由虚线框框出)串联设置的包括CO催化氧化区即放置CO氧化反应催化剂的第一反应仓5及SCR反应区即放置SCR反应催化剂的第二反应仓6，第一反应仓5上端设有烟气进口，下端设有烟气出口，第二反应仓6上、下端可供烟气进出，第一反应仓5与第二反应仓6并排布置并以第一导热板7隔开，该第一导热板7用于将CO催化氧化区产生的热量传递给SCR反应区，第一反应仓5与第二反应仓6彼此相连通形成允许烟气通过的第一烟气反应通道。

如图1所示，第二反应仓6通过设置在其中下部的横板和纵板分割为顺次连通的第一SCR反应区61、第二SCR反应区62及第三SCR反应区63，纵板为第二导热板8，第一SCR反应区61与第三SCR反应区63并排布置并以第二导热板8分隔开，所述第二SCR反应区62位于所述第一SCR反应区61与所述第三SCR反应区63的上方，所述第一SCR反应区61通过导流弯管9与所述第一反应仓5的底部相连通，以将烟气从第一反应仓5导入第一SCR反应区61，导流弯9由第一反应仓5仓体外侧壁下方延伸回弯并与所述第二导热板8连接形成。所述第二SCR反应区62的底部分别与所述第一SCR反应区61与所述第三SCR反应区63相连通，使得烟气可依次流经第一反应仓5、第一SCR反应区61、第二SCR反应区62及第三SCR反应区63，并由烟气总出口3排出。所述第二SCR反应区62的顶端朝向所述烟气总入口方向开放，使得当第一烟气反应通道封闭时，烟气可由第二SCR反应区62进入，达到使CO催化氧化区短路的作用，具体内容在下文中详细描述。

在第一反应仓5的烟气进口设有能摆动的第一活动挡板门11，第一活动挡板门11的两端分别为第一连接端111和第一摆动端112，第一连接端111与第一导热板7铰接或枢接，使得第一活动挡板门11能够以第一连接端111为轴往复摆动，第一活动挡板门11处于摆幅两端时恰好封盖于第二SCR反应区62的顶端(包括但不限于与相邻的反应单元的第一活动挡板相互搭接的情况)或封盖于第一反应仓5的烟气入口上(包括但不限于搭接在反应器主体2的内壁上和与相邻的反应单元的第一活动挡板相互搭接的情况)，使得所述第一反应仓7的烟气进口和第二SCR反应区62的顶端进气口通过第一活动挡板门11的往复摆动而交替启闭，以控制烟气进入或不进入第一反应仓5。从而实现第一烟气反应通道和第二烟气反应通道交替导通关闭的效果。如图1所示，在本实施例中，第一活动挡板门11与相邻的反应单元的第一活动挡板相互搭接并封盖于对应的所述第二SCR反应区的顶端。

在导流弯管9内设有能摆动的第二活动挡板门12，所述第二活动挡板门12两端分别为第二连接端121和第二摆动端122，所述第二连接端121与所述导流弯管9内壁能转动的相连接，第二摆动端122能搭接在第二导热板8下端或封堵于导流弯管9的内壁上，使得所述导流弯管9通过第二活动挡板门12的往复摆动而启闭，以密闭第一反应仓5及控制烟气进入或不进入所述第一SCR反应区61。

在第一活动挡板门11和第二活动挡板门12共同作用下，当所述第一活动挡板门11关闭所述第一反应仓5的烟气进口并开启所述第二SCR反应区62的顶端，且所述第二活动挡板门12关闭所述导流弯管9时，所述烟气总入口1、所述第二SCR反应区62、所述第三SCR反应区63和所述烟气总出口3依次连通形成允许烟气通过的第二烟气反应通道，达到使CO催化氧化区短路的作用。

如图1、图3所示，所述烟气入口1中安装导流板13和整理格栅14，以使烟气能够均匀的进入所述CO催化氧化区(第一反应仓5)中(当需进行CO催化氧化反应时)或进入SCR反应区(第二反应仓6)中(当无需进行CO催化氧化反应时)。

进一步的，在第一活动挡板门11的第一摆动端112和第二活动挡板门12的第二摆动端122上均安装有柔性密封条10。采用该方式，可减少烟气在不同反应区之间的泄漏。所述柔性密封条为现有产品，在一些实施方式中，所述柔性密封条10为全不锈钢柔性密封条、氟醚橡胶柔性密封条、柔性密封条氟橡胶或聚四氟乙烯柔性密封条。优选聚四氟乙烯柔性密封条。

进一步的，第一导热板7和第二导热板8为低碳钢导热板、低合金钢导热板或金属镀搪瓷导热板。优选金属镀搪瓷导热板。

本实用新型多功能催化反应器在使用时：

图1所示的状态适用于需要使用CO催化氧化区的工况的以下示例1、示例2(上游工艺烟气温度无法达到SCR反应所需温度时，热风炉需要工作)，在反应器主体2内安装在所述第一导热板7上的第一活动挡板门11两两相互搭接，以使烟气首先进入所述CO催化氧化区，而不首先进入所述SCR反应区，安装在所述导流弯管9末端的第二活动挡板门12搭接在所述第二导热板8的底端，以使进入CO反应区反应后的烟气进入所述第一SCR反应区61，然后依次经过第二SCR反应区62、第三SCR反应区63，从第三SCR反应区63排出的烟气汇合后从所述烟气总出口3排出。

图3所示的状态适用于不需要使用CO氧化反应区的工况的以下示例3(上游工艺烟气温度可达到SCR反应所需温度时，热风炉不需要工作)，其可由图1所示的状态改变得到，可通过改变设置在所述第一导热板7上的第一活动挡板门11的方向以及导流弯管9末端的第二活动挡板门12方向得到该状态的反应器。

具体而言，在图3中位于反应器内最左侧第一块第一导热板7上的第一活动挡板门11搭接在反应器内壁以密闭最左侧的CO催化氧化区，第二块第一导热板与第三块第一导热板的第一活动挡板门11相互搭接，以开放左侧SCR反应区，同时密闭中间CO催化氧化区，第四块第一导热板与第五块第一导热板的第一活动挡板门11相互搭接，以开放中间及右侧SCR反应区，同时密闭右侧CO催化氧化区；且左侧、中间、右侧反应单元中各自回弯上设置的第二活动挡板门12各自搭接在悬空在所述导流弯管9内的第一导热板7上，以底端封闭所述CO催化氧化区，开放所述SCR区，此时在该反应器内的第一烟气通道封闭，第二烟气通道导通，全部CO催化氧化区短路，烟气无法进入该区，烟气直接进入所述SCR反应区，反应后从该区排出。

示例1

在某工况下，烟气在进入热风炉之前温度～170℃，通过热风炉之后为～230℃，烟气中CO含量为～6500ppm，NOx为～300mg/Nm³,烟气量为～110000Nm³/h。本实施例使用如图1所示状态的多功能催化反应器，该反应器中具有3个重复反应单元。

该状态下的反应器，CO催化氧化区处于工作状态，挡板门的活动端安装聚四氟乙烯柔性密封条，以降低烟气在不同反应区之间的泄漏；

引入烟气通过所述CO催化氧化区211，所述CO催化氧化区211与所述第三SCR反应区2123及所述第一SCR反应区之间的第一导热板，所述第一SCR反应区与所述第二SCR反应区之间的第二导热板均选用镀搪瓷碳钢，烟气经过所述CO催化氧化区211后烟温上升至～245℃，烟气继续进入所述SCR反应区212，即依次经过第一SCR反应区2121，第三SCR反应区2123和第二SCR反应区2122后，完成脱硝过程，此时烟气中CO含量降至100ppm以下，NOx含量可降至50mg/Nm³以下。

示例2

在另一工况下，烟气在进入热风炉之前温度～170℃，通过热风炉之后为～290℃，烟气中CO含量为～3200ppm，NOx为～300mg/Nm³,烟气量为～110000Nm³/h。本实施例使用如图1所示状态的多功能催化反应器，该反应器中具有3个重复反应单元。

该状态下的反应器，CO催化氧化区处于工作状态，挡板门的活动端安装氟橡胶柔性密封条，以降低烟气在不同反应区之间的泄漏；

引入烟气通过所述CO催化氧化区，所述CO催化氧化区与所述第二SCR反应区及所述第一SCR反应区之间的第一导热板，所述第一SCR反应区与所述第二SCR反应区之间的第二导热板均选用低合金钢，烟气经过所述CO催化氧化区后烟温上升至～245℃，烟气继续进入所述SCR反应区，即依次经过第一SCR反应区，第二SCR反应区和第三SCR反应区后，完成脱硝过程，此时烟气中CO含量降至100ppm以下，NOx含量可降至15mg/Nm³以下。

示例3

在再一某工况下，烟气在进入热风炉之前温度～250℃，已经达到脱硝催化剂工作温度要求，烟气中CO含量为～1000ppm，NOx为～800mg/Nm³,烟气量为～220000Nm³/h。本实施例使用图3所示的状态的多功能催化反应器，该反应器中具有3个重复反应单元。

该状态下的反应器，CO催化氧化区短路状态，挡板门的活动端安装氟醚橡胶密封条，降低烟气在不同催化剂仓之间的泄漏；

引入烟气通过所述SCR反应，所述CO催化氧化区与所述第三SCR反应区及所述第一SCR反应区之间的第一导热板，所述第一SCR反应区与所述第二SCR反应区之间的第二导热板均选用低碳钢，完成脱硝过程，NOx含量可降至150mg/Nm³以下。

本实用新型考虑到钢铁行业烟气在使用热风炉再加热过程中产生了大量未充分燃烧的CO，同时需要SCR脱硝的技术问题，将CO催化氧化和SCR脱硝反应耦合集成于一个反应器，将CO氧化与SCR脱硝反应通过分区串联形式整合到一个反应器中，该设置可根据实际工况的需求对CO氧化反应区和SCR脱硝反应区的相对大小做调整，模块化设计，便于调整实施。此外，采用并排设置CO催化氧化区及SCR脱硝反应区以及通过回弯串联以及使用导热板的方式，可以使CO氧化放出的热量对烟气加热，有利于SCR反应进行，提高能量利用率，降低烟气再加热的操作成本。

本实用新型的活动挡板门的设计可以将CO氧化反应区短路，这种设置可以适应生产中不同的工况条件，当上游工艺烟气温度达到SCR反应所需温度时，热风炉不再工作，此时则不需要使用CO氧化反应区，通过调整挡板门能够关闭CO反应区，节省CO氧化催化剂使用寿命。

另外，本实用新型的所述第一SCR反应区或第三SCR反应区替换为VOCs催化氧化区或二噁英催化氧化区。上述VOCs催化氧化区填装VOCs氧化催化剂，该类催化剂为现有催化剂，上述二噁英催化氧化区填装二噁英氧化催化剂，该类催化剂为现有催化剂。由于这类污染物催化反应温度区间与SCR脱硝反应相近，可根据工艺需求安置在SCR过程前后。

另一方面，本实用新型CO催化氧化与SCR脱硝耦合的多功能催化反应器在通过中高温SCR反应净化烟气中的应用。

优选地，所述烟气为含有CO或不含有CO的烧结烟气或焦化烟气。更优选地，所述含CO及NOx的烧结烟气或焦化烟气是使用高炉煤气或者高炉煤气与焦炉煤气的混合气燃烧对烟气进行预热后产生的。

最后说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的实施过程和特点，而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本实用新型的保护范围当中。