专利名称：用于处理废气的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于处理流体的装置和方法，尤其涉及废气的处理。
背景技术：
存在于烟气中的氮氧化物(nitrogen oxide)和其他化合物的危害，已导致施加严格标准以限制这些化学物质的排放。为了符合这些标准，通常必需从固定的或可移动的燃烧源中除去至少部分存在于废气中的这些氧化物和/或其他化学物类。通常将反硝化作用或选择性催化还原(SCR)技术应用于源于燃烧的烟气，用于当烟气通过催化反应器时除去氮氧化物。反硝化作用反应包括气体中氮氧化物物质(如一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2))与含氮的还原剂(如氨或尿素)的反应，结果是生成二原子的氮(N2)和水。此外，利用各种吸收剂或捕获技术以除去烟气中不被催化分解的其他化学物质。术语催化反应器(catalytic reactor)通常用于描述包括催化剂的容器。催化反应器通常包括含有废气流动通道的催化剂结构，该流动通道使废气流和催化剂结构的催化活性组分之间能够接触。模块化催化反应器的催化剂结构典型地由一个或多个催化层组成，每层包括大量模块化的部分。每个模块化部分进一步包括在其中容纳许多催化剂本体的金属支持框架，其中，如果必要，在催化剂本体之间使用封闭或密封材料，用于通过催化剂本体的排出流的适当的流量分布。催化剂本体包括催化组合物并显示了用于废气流过催化剂本体的流动通道或通路的物理结构。
在很多情况下，流过催化反应器的模块化部分的废气流产生压力下降。压力下降可以由结构、摩擦力和其他阻止或抵抗废气流流动的因素引起。压力下降可以导致各种低效率并引起在工业应用(如发电)期间寄生功率的损失。
发明内容
鉴于前述内容，一方面，本发明在一些实施方式中提供可以减轻低效率和/或与流体流压力下降相关的问题的催化剂模块和催化反应器。在一些实施方式中，本文中描述的催化剂模块和/或催化反应器提高有效的催化剂横截面面积，从而在没有降低或没有显著降低在氮氧化物的选择性还原作用中的催化性能的条件下，使得通过催化剂模块和/或催化反应器的总压力下降(压降)降低。一方面，本文描述了包括催化剂本体的催化剂模块。在一些实施方式中，催化剂模块包括包含至少一个第一催化剂本体和至少一个第一管的流体流入口侧(fluid streaminlet side)和包含至少一个第二催化剂本体和至少一个第二管的流体流出口侧(fluidstream outlet side),其中，至少一个第一管通向至少一个第二催化剂本体的流体流入口(fluid stream inlet),至少一个第二管是用于至少一个第一催化剂本体的流体流出口(fluidstream outlet)。在一些实施方式中，催化剂模块包括包含多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二催化剂本体的流体流入口，第二管是用于第一催化剂本体的流体流出口。在一些实施方式中，催化剂模块进一步包括设置在模块的入口侧和出口侧之间的至少一个附加催化剂本体，通向至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流入口管(fluid stream inlet duct)以及该至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流出口管(fluid stream outlet duct)。在一些实施方式中，催化剂模块进一步包括设置在模块的入口侧和出口侧之间的至少一个附加催化剂本体，其中，第一管用作通向至少一个附加催化剂本体的流体流入口，第二管用作该至少一个附加催化剂本体的流体流出口。在一些实施方式中，其中第一管是通向设置在模块的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加催化剂本体的流体流入口，第一管向附加催化剂本体以及在模块出口侧的第二催化剂本体提供流体流。在一些实施方式中，其中第二管是用于设置在模块的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加催化剂本体的流体流出口，第二管提供用于该附加催化剂本体和第一催化剂本体的流体流出口。另一方面，提供了本文描述的包括一个或多个催化剂模块的催化反应器。在一些实施方式中，催化反应器包括壳体和设置在该壳体中的至少一个本文中描述的催化剂模块。在一些实施方式中，设置在壳体中的催化剂模块包括包含多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二催化剂本体的流体流入口，第二管是用于第一催化剂本体的流体流出□。在一些实施方式中，催化反应器包括包含至少一个第一催化剂模块和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二催化剂模块和至少一个第二管的流体流出口侧，其中，至少一个第一管是通向至少一个第二催化剂模块的流体流入口，至少一个第二管是至少一个第一催化剂模块的流体流出口。在一些实施方式中，催化反应器包括包含多个第一催化剂模块和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂模块和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二催化剂模块的流体流入口，第二管是第一催化剂模块的流体流出口。在一些实施方式中，催化反应器的流体流入口侧和/或流体流出口侧的催化剂模块包括本文中描述的有管道的催化剂模块(ducted catalyst module)。在一些实施方式中，催化反应器进一步包括设置在催化反应器的入口侧和出口侧之间的至少一个附加催化剂模块，和通向至少一个附加催化剂模块的至少一个附加流体流入口管以及该至少一个附加催化剂模块的至少一个附加流体流出口管。在一些实施方式中，催化反应器进一步包括设置在该反应器的入口侧和出口侧之间的至少一个附加催化剂模块，其中，第一管用作通向至少一个附加催化剂模块的流体流入口，第二管用作用于至少一个附加催化剂模块的流体流出口。在一些实施方式中，其中第一管是通向设置在反应器的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加催化剂模块的流体流入口，第一管向附加催化剂模块以及反应器出口侧的第二催化剂模块提供流体流。在一些实施方式中，其中第二管是用于设置在反应器的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加催化剂模块的流体流出口，第二管提供用于该附加催化剂模块和第一催化剂模块的流体流出口。另一方面，本文中描述了化学物质(化学物种)捕获装置。在一些实施方式中，化学物质捕获装置包括包含至少一个第一捕获本体和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二捕获本体和至少一个第二管的流体流出口侧，其中，至少一个第一管是通向该至少一个第二捕获本体的流体流入口，至少一个第二管是用于该至少一个第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，化学物质捕获装置包括包含多个第一捕获本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二捕获本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二捕获本体的流体流入口，第二管是用于第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，化学物质捕获装置进一步包括设置在该装置的入口侧和出口侧之间的至少一个附加捕获本体，和通向该至少一个附加捕获本体的至少一个附加流体流管以及该至少一个附加捕获本体的一个附加流体流出口管。在一些实施方式中，化学物质捕获装置包括设置在该装置的入口侧和出口侧之间的至少一个附加捕获本体，其中，第一管用作通向该至少一个附加捕获本体的流体流入口，第二管用作该至少一个附加捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，其中第一管是通向设置在装置的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加捕获本体的流体流入口，第一管向附加捕获本体以及装置出口侧的第二捕获本体提供流体流。在一些实施方式中，其中第二管是用于设置在装置的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加捕获本体的流体流出口，第二管提供用于该附加捕获本体和第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，捕获本体可操作地从流体流中除去一种或多种化学物质。在一些实施方式中，捕获本体可逆地从流体流中除去至少一种化学物质。在一些实施方式中，捕获本体不可逆地从流体流中除去至少一种化学物质。另一方面，本文中描述的化学物质捕获反应器包括一个或多个化学物质捕获装置。在一些实施方式中，化学物质捕获反应器包括壳体和设置在该壳体中的至少一个本文中描述的捕获装置。在一些实施方式中，设置在壳体中的捕获装置包括包含至少一个第一捕获本体和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二捕获本体和至少一个第二管的流体流出口侧，其中，该至少一个第一管是通向至少一个第二捕获本体的流体流入口，至少一个第二管是用于该至少一个第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，设置在壳体中的捕获装置包括包含多个第一捕获本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二捕获本体和多个第二管的流体流出口侧，其中第一管是通向第二捕获本体的流体流入口，第二管是用于第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，化学物质捕获应器进一步包括设置在该反应器的入口侧和出口侧之间的至少一个附加捕获装置，和通向至少一个附加捕获装置的至少一个附加流体流入口管以及该至少一个附加捕获装置的至少一个附加流体流出口管。在一些实施方式中，化学物质捕获反应器进一步包括设置在该反应器的入口侧和出口侧之间的至少一个附加捕获装置，其中第一管用作通向该至少一个附加捕获装置的流体流入口，第二管用作用于该至少一个附加捕获装置的流体流出口。在一些实施方式中，其中第一管是通向设置在反应器的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加捕获装置的流体流入口，第一管向附加捕获装置以及反应器出口侧的第二捕获装置提供流体流。在一些实施方式中，其中第二管是用于设置在反应器的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加捕获本体的流体流出口，第二管提供用于该附加捕获装置和第一捕获装置的流体流出口。另一方面，本文中描述了处理流体流的方法。在一个实施方式中，处理流体流的方法包括提供至少一个催化剂模块，该至少一个催化剂模块包括包含至少一个第一催化剂本体和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二催化剂本体和至少一个第二管的流体流出口侧，其中至少一个第一管是通向该至少一个第二催化剂本体的流体流入口，至少一个第二管是至少一个第一催化剂本体的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过该至少一个第一催化剂本体并经由至少一个第二管离开模块。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由该至少一个第一管通过至少一个第二催化剂本体。在一些实施方式中，处理流体流的方法包括提供至少一个催化剂模块，该至少一个催化剂模块包括包含多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二催化剂本体的流体流入口，第二管是用于第一催化剂本体的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过该一个第一催化剂本体并经由第二管离开模块。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由第一管通过第二催化剂本体。在一些实施方式中，处理流体流的方法包括提供至少一个催化反应器，该至少一个催化反应器包括包含至少一个第一催化剂模块和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二催化剂模块和至少一个第二管的流体流出口侧，其中，至少一个第一管是通向至少一个第二催化剂模块的流体流入口，至少一个第二管是用于至少一个第一催化剂模块的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过该至少一个第一催化剂模块并经由至少一个第二管离开反应器。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由至少一个第一管通过至少一个第二催化剂模块。在一些实施方式中，流体流的处理方法包括提供催化反应器，该催化反应器包括多个第一催化剂模块和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂模块和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二催化剂模块的流体流入口，第二管是第一催化剂模块的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过第一催化剂模块并经由第二管离开催化反应器。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由第一管通过第二催化剂模块。在一些实施方式中，催化反应器的流体流入口侧和/或流体流出口侧的催化剂模块包括本文中描述的有管道的催化剂模块(ducted catalyst module)。在一些实施方式中，流体流的处理方法包括提供至少一个化学物质捕获装置，该至少一个化学物质捕获装置包括包含第一捕获本体和第一管的流体流入口侧和包含第二捕获本体和第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二捕获本体的流体流入口，第二管是用于第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过该第一捕获本体并经由第二管离开装置。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由第一管通过第二捕获本体。在一些实施方式中，流体流的处理方法包括提供至少一个化学物质捕获装置，该至少一个化学物质捕获装置包括包含至少一个第一捕获本体和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二捕获本体和至少一个第二管的流体流出口侧，其中，至少一个第一管是通向至少一个第二捕获本体的流体流入口，至少一个第二管是用于该至少一个第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过该至少一个第一捕获本体并通过至少一个第二管离开装置。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由该至少一个第一管通过该至少一个第二捕获本体。在一些实施方式中，流体流的处理方法包括提供至少一个化学物质捕获装置，其包括包含多个第一捕获本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二捕获本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二捕获本体的流体流入口，第二管是用于第一捕获本体的流体流出口。在一些实施方式中，使流体流的第一部分通过该第一捕获本体并经由第二管离开装置。在一些实施方式中，使流体流的第二部分经由第一管通过第二捕获本体。在一些实施方式中，本文中描述的通过催化剂模块、催化反应器、化学物质捕获装置和/或捕获反应器的流体流包括废气流(exhaust gas)或烟气流(flue gas steam)。在一些实施方式中，废气流或烟气流是通过一种或多种碳氢化合物源(包括但不限于煤、天然气和/或石油产品)的燃烧而产生的。在一些实施方式中，废气流或烟气流包含一种或多种氮氧化物(NOx)物质。在一些实施方式中，通过本文中描述的催化剂模块、催化反应器、捕获装置和/或捕获反应器的废气流或烟气流是通过燃气轮机(gas turbine)、燃气锅炉或燃煤锅炉产生的。在一些实施方式中，通过本文中描述的催化剂模块、催化反应器、捕获装置和/或捕获反应器的废气流或烟气流是通过余热回收蒸汽发生器(HRSG)的上游燃烧装置产生的。在一些实施方式中，HRSG的上游燃烧装置包括燃气轮机。在一些实施方式中，通过本文中描述的催化剂模块、催化反应器、捕获装置和/或捕获反应器的流体流是液流。在一些实施方式中，液流包括待从该流中除去的一种或多种污染物或物质。在一些实施方式中，液流可以包括含水的液流。在一些实施方式中，液流可以包括非水的液流或有机的液流。此外,在一些实施方式中，用于本文中描述的催化剂模块和/或催化反应器的催化剂本体包括整体结构性催化剂(monolithic structural catalyst)本体、板式催化剂本体、波纹催化剂(corrugated catalyst)本体、堆积的微粒催化剂(packed particulatecatalyst)或它们的组合。在一些实施方式中,用于本文中描述的催化剂模块和/或催化反应器的催化剂本体可操作地用于废气流或烟气流中的NOx的选择性催化还原(SCR)。在一些实施方式中，用于本文中描述的催化剂模块和/或催化反应器的催化剂本体可操作地用于从废气流或烟
气流中除去一氧化碳或二噁英。在一些实施方式中，用于本文中描述的化学物质捕获装置的捕获本体可操作的应用包括但不限于挥发的有机化合物(VOC)的减少、汞的捕获和烟气脱硫。另外，在一些实施方式中，捕获本体可操作地用作空气分离吸收剂或除湿吸收剂。下面在详细的说明中更详细地描述这些实施方式和其他实施方式。
图1示出了现有技术的催化剂模块的一个实施方式。
图2示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的剖面图。图3示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的入口侧的平面图(plan view)。图4示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的出口侧的平面图。图5示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的剖面图。图6示出了用于根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的整体结构性催化剂本体(monolithic structural catalyst body)。图7示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化反应器的剖面图。图8示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化反应器的入口侧的平面图。图9示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化反应器的出口侧的平面图。图10示出了根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的剖面图。
具体实施例方式通过参考下列详细说明和附图以及它们在前的和下列的说明，可以更容易地理解本发明。然而，本发明的元件、装置和方法不局限于在详细说明和附图中给出的特定的实施方式。应当认为这些实施方式仅是说明本发明的原理。在没有背离本发明的精神和范围的情况下，很多的修改和适应性的变化对本领域技术人员而言将是非常显而易见的。图1示出了现有技术的催化剂模块的一个实施方式的入口侧的平面图。如在图1中示出的，现有技术的催化剂模块(10)包括用于支持设置在其中的整体结构性催化剂本体
(14)的开放的金属框架(12)。将该整体结构性催化剂本体(14)彼此相邻设置于框架(12)中，使得催化剂本体(14)铺展于并完全填充于框架(12)的横截面面积。然而，在图1中提供的催化剂模块仅仅是部分用催化剂本体填充，以示出框架(12)的开放的性质。可以在催化剂本体(14)之间提供密封材料以防止废气流绕开催化剂本体(14)流动。在图1中示出的模块的有效催化性横截面面积不超过模块框架(12)的横截面面积。因此，当废气流通过模块(10)的催化剂本体(14)时，对于处理压力下降和其他低效率存在有限的选择。鉴于前述内容，在一些实施方式中，本发明提供可以减轻低效率和与流体流压力下降相关的问题的催化剂模块和催化反应器。在一些实施方式中，本文中描述的催化剂模块和/或催化反应器表现出提高的有效催化剂横截面面积，从而在没有降低或没有显著降低在处理各种流体流中的催化性能的条件下，使得通过催化剂模块和/或催化反应器的总压力下降降低。1.催化剂模块一方面，本文中描述了包括催化剂本体的催化剂模块。在一些实施方式中，催化剂模块包括包含至少一个第一催化剂本体和至少一个第一管的流体流入口侧和包含至少一个第二催化剂本体和至少一个第二管的流体流出口侧，其中至少一个第一管是通向至少一个第二催化剂本体的流体流入口，第二管是用于至少一个第一催化剂本体的流体流出口。在一些实施方式中，催化剂模块包括包含多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是流体流入口至第二催化剂本体，第二管是催化剂本体的流体流出口。图2示出根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的剖面图。在图2中示出的催化剂模块(20)包括具有流体流入口侧(22)和流体流出口侧(23)的框架(21)。流体流入口侧(22)包括多个第一催化剂本体(24)和多个第一管(25)。流体流出口侧(23)包括多个第二催化剂本体(26)和多个第二管(27)。第一管(25)是用于第二催化剂本体(26)的流体流入口，而第二管(27)是用于第一催化剂本体(24)的流体流出口。在一些实施方式中，在图2中示出的流体流入口侧(22)的第一催化剂本体(24)包括单个催化剂本体。在一些实施方式中，在图2中示出的流体流入口侧(22)的第一催化剂本体(24)包括多个催化剂本体。在一些实施方式中，其中，第一催化剂本体(24)包括多个催化剂本体，相关的第二管(27)用作多个催化剂本体的通常的流体流出口。在一些实施方式中，相关的第二管(27)包括一个或多个通道或挡板(未显示)，用于接收来自多个催化剂本体(24)的流体流。例如，在一些实施方式中，相关的第二管(27)包括一个通道或挡板，用于接收来自多个催化剂本体中每一个的流体流。此外，在一些实施方式中，在图2中示出的流体流出口侧(23)的第二催化剂本体(26)包括单独的催化剂本体。在一些实施方式中，在图2中示出的流体流出口侧(23)的第二催化剂本体(26)包括多个催化剂本体。在一些实施方式中，其中，第二催化剂本体(26)包括多个催化剂本体，相关的第一管(25)用作该多个催化剂本体的通常的流体流入口。在一些实施方式中，相关的第一管(25)包括一个或多个通道或挡板(未显示)，用于将流体流引入多个催化剂本体。例如，在一些实施方式中，相关的第一管(25)包括一个通道或挡板，用于将流体流引入多个催化剂本体中的每一个。在图2的实施方式中，示出的第一催化剂本体(24)和第二催化剂本体(26)具有与流体流动方向垂直的流体入口面。在一些实施方式中，第一和/或第二催化剂本体的流体入口面是侧斜的或不垂直于流体流动方向。图3示出根据本文中描述的一个实施方式的催化剂模块的入口侧的平面图。如在图3中示出的，催化剂模块(30)的入口侧(31)包括多个第一催化剂本体(32)和多个第一管(33)。第一催化剂本体(32)设置成与第一管(33)的行(35)交替的行(34)。在一些实施方式中，可以在催化剂本体(32)各自的行(34)之间设置密封材料，以限制或防止流体流在催化剂本体(32)之间的流动。在图3示出的实施方式中，柱(36)用来代表第一管(33)的入口或开口。在一个可选择的实施方式中，第一催化剂本体(32)设置成与第一管的列交替的列。在一些实施方式中，这种列的排列可以通过将图3的平面图旋转90度来想象。图4示出在图3中描述的催化剂模块(30)的出口侧的平面图。催化剂模块(30)的出口侧(37)包括多个第二催化剂本体(38)和多个第二管(39)。将第二催化剂本体(38)设置成与第二管(39)的行(41)交替的行(40)。在一些实施方式中，可以在催化剂本体(38)各自的行(40)之间设置密封材料，以限制或防止流体流在催化剂本体(39)之间流动。在图4不出的实施方式中，柱(42)用来代表第二管(39)。在一个可替代的实施方式中，将第二催化剂本体设置成与第二管的列交替的列。在一些实施方式中，可以通过将图4的平面图旋转90度来想象这种列的排列。在图3中示出的催化剂模块(30)的入口侧(31)的第一管(33)是用于在图4中示出的催化剂模块(30)的出口侧(37)上的第二催化剂本体(38)的流体流入口。此外，催化剂模块(30)的出口侧(37)的第二管(39)是用于第一催化剂本体(32)的流体流出口。
在一些实施方式中，催化剂模块进一步包括设置在模块的入口侧和出口侧之间的至少一个附加催化剂本体，和至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流入口管以及至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流出口管。在一些实施方式中，催化剂模块包括设置在模块的入口侧和出口侧之间的多个附加催化剂本体，和通向附加催化剂本体的附加流体流入口管以及附加催化剂本体的附加流体流出口管。图5示出根据本文中描述的一个实施方式的附加催化剂本体的剖面图。催化剂模块(50 )包括包含多个第一催化剂本体(52 )和多个第一管(53 )的流体流入口侧(51)。催化剂模块包括包含多个第二催化剂本体(55)和多个第二管(56)的流体流出口侧(54)。第一管(53)是通向第二催化剂本体(55)的流体流入口，第二管(56)是第一催化剂本体(52)的流体流出口。催化剂模块(50 )进一步包括设置在催化剂模块(50 )的入口侧(51)和出口侧(54 )之间的多个附加催化剂本体(57)。催化剂模块(50)的入口侧(51)进一步包括通向附加催化剂本体(57)的附加流体流入口管(58)，出口侧(54)进一步包括附加催化剂本体(57)的附加流体流出口管(59)。在一些实施方式中，催化剂模块进一步包括设置在模块的入口侧和出口侧之间的至少一个附加催化剂本体，其中第一管用作该至少一个附加催化剂本体的流体流入口，第二管用作至少一个附加催化剂本体的流体流出口。在一些实施方式中，其中，第一管是通向设置在模块的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加催化剂本体的流体流入口，第一管向附加催化剂本体以及模块出口侧的第二催化剂本体提供流体流。在一些实施方式中，其中，第二管是用于设置在模块的入口侧和出口侧之间的一个或多个附加催化剂本体的流体流出口，第二管提供用于该附加催化剂本体和第一催化剂本体的流体流出口。图10示出根据本文中描述的一个实施方式的附加催化剂本体的剖面图。催化剂模块(100)包括包含多个第一催化剂本体(102)和多个第一管(103)的流体流入口侧(101)。催化剂模块包括包含多个第二催化剂本体(105)和多个第二管(106)的流体流出口侧(104)。第一管(103)是通向第二催化剂本体(105)的流体流入口，第二管(106)是第一催化剂本体(102)的流体流出口。催化剂模块(100)进一步包括设置在催化剂模块(100)的入口侧(101)和出口侧(104)之间的多个附加催化剂本体(107)。第一管(103)用作用于附加催化剂本体(107)和在模块(100)的出口侧(104)的第二催化剂本体(105)的流体流入口。此外，第二管(106)用作用于第一催化剂本体(102)和附加催化剂本体(107)的流体流出口。如图10的实施方式中示出的，催化剂模块不包括用于引导流体流进入和离开附加催化剂本体的单独的附加管。然而，在一些实施方式中，第一管(103)和/或第二管(106)可以包括一个或多个挡板结构(未显示)，用于改变通过附加催化剂本体(107)的流体的流动。现在来看本文中描述的催化剂模块的组合物，本文中描述的催化剂模块包括催化剂本体。可以使用与本发明的目的不一致的任何类型的催化剂本体。在一些实施方式中，催化剂本体可操作地引发废气流或烟气流中的氮氧化物的选择性催化还原(SCR)。在一些实施方式中，包括整体结构性催化剂本体(单块结构性催化剂本体)的催化剂本体包括但不限于在美国专利7，658，898和美国专利申请系列号10/801，140和11/122，261中描述的整体结构性催化剂本体，其中的每一个通过引用将其全部结合于此。
图6示出用于本文中描述的催化剂模块的一个实施方式中的蜂窝样的整体结构性催化剂本体。图6的蜂窝样的整体结构性催化剂本体(60)示出了外部的外围壁(peripheral wall) (61)和多个内部的分隔壁(partitionwall) (62)。内部的分隔壁(62)界定了多个纵向延展贯穿蜂窝样的整体结构性催化剂本体的流体通道(channel)或单元格(cell) (63)。在一些实施方式中,夕卜部的外围壁(61)和/或内部的分隔壁(62)包括在其上沉积催化性材料的惰性载体材料。在一些实施方式中，外部的外围壁(61)和/或内部的分隔壁(62)是由催化活性材料形成的。在一些实施方式中，整体结构性催化剂本体可以包括含有按重量计50-99.9%的无机氧化物组合物和按重量计至少0.1%的催化活性金属官能团的均匀的化学组合物。无机氧化物组合物包含但不限于二氧化钛(Ti02)、氧化铝(A1203)、氧化锆(Zr02)、和/或它们的混合物。此外，在一些实施方式中，催化活性金属官能团包含但不限于金、钼、铱、钯、饿、错、铼、钌、五氧化二银(￥205)、氧化鹤(胃03)、氧化钥(MoO3)或其他贵金属或它们的混合物。在附加实施方式中，该均匀的化学组合物可以包含按重量计至多(upto) 30%的其他氧化物(如二氧化硅(Si02))、补强试剂(如玻璃纤维和/或压出助剂)。在一些实施方式中，用于本文中描述的模块中的催化剂本体包括板式催化剂。在一些实施方式中，板式催化剂包括在其上沉积催化材料的板状的载体。例如，在一些实施方式中，板式催化剂本体包括在其上沉积催化材料的金属板或金属丝网载体。在一些实施方式中，沉积在板式催化剂的载体上的催化材料包含金、钼、铱、钯、饿、铑、铼、钌、五氧化二钒(V2O5)、氧化钨(WO3)、氧化钥(MoO3)或其他贵金属或它们的混合物。在一些实施方式中，催化剂本体包括填充床催化剂。在一些实施方式中，填充床催化剂本体包括设置在容器中的微粒(particulate)或颗粒(granular)催化剂。在一些实施方式中，微粒或颗粒催化剂包括设置在无机载体微粒或颗粒上的催化材料。在其他实施方式中，将微粒或颗粒形成催化材料以使催化材料存在于整个微粒内。此外，其中设置有微粒或颗粒催化剂的容器可以具有任何所希望的形状。在一些实施方式中，容器时矩形、正方形或其他多边形。在一些实施方式中，容器是圆柱形或椭圆形。在一些实施方式中，催化剂本体包括波纹催化剂(corrugated catalyst)。在一些实施方式中，波纹催化剂包括一系列波纹表面。在一些实施方式中，波纹表面与非波纹表面相交替。通过波纹表面的交替的凸纹和/或凹槽形成用于运送流的通道。也可以通过非波纹表面(如果存在)形成用于运送流的通道。一些或全部波状催化剂的表面包括在其上或在其中沉积或充满催化材料的基底材料或载体。在一些实施方式中，载体材料包括陶瓷纤维或陶瓷纸。在一些实施方式中，沉积在波纹催化剂载体表面上的催化材料包含金、钼、铱、钮、饿、错、铼、钌、二氧化钛、五氧化二钒(V205)、氧化钨(W03)、氧化钼(MoO3)或其他贵金属或它们的混合物。在一些实施方式中，用于本文中描述的模块中的催化剂本体可以包括任何前述的处于使用形式的催化剂类型(包含但不限于刷新形式(refurbished form)、提纯形式(cleaned formed)和/或再生形式)。例如,在一些实施方式中，增加通过本文中描述的模块提供的催化剂截面面积可以延长所用的催化剂本体的寿命，从而延迟替换用过的催化剂本体或延迟用过的催化剂本体的再生。
此外，在一些实施方式中，用于本文中所描述的模块的催化剂本体可以包括新的催化剂本体和用过的催化剂本体的混合物。本文中描述的催化剂模块另外包括在其中设置催化剂本体的框架。框架可以具有与本发明的目的不一致的任何形状和/或尺寸。在一些实施方式中，催化剂模块的框架包括适宜用于工业化选择性催化还原(SCR)废气流或烟气流(包含但不限于，通过余热回收蒸汽发生器或燃气轮机的燃烧部件产生的烟气流)中的氮氧化物的形状和尺寸。在一些实施方式中，催化剂模块的框架包括适宜用于从废气流或烟气中除去一氧化碳或二噁英的形状和尺寸。在一些实施方式中，本文中所描述的催化剂模块和/或反应器的参数和尺寸可以根据特定的应用和/或模块或反应器所放置的环境而变化。在一些实施方式中，根据各种因素(包含最大压力下降、适用于特定应用的最大模块和/或反应器尺寸和重量和/或模块和/或反应器所希望的催化性能)选择催化剂模块的参数和尺寸。在一些实施方式中，催化剂模块和/或反应器的多个第一管、第二管和任何附加管可以包括与本发明的目的不一致的任何形状和/或尺寸。如在本文图2中示出的，在一些实施方式中，催化剂模块的管可以包括圆锥形。在一些实施方式中，可以增加图2中第一催化剂本体(24)和第二催化剂本体(26 )之间的距离，从而增加第一管(25 )和第二管(27 )的长度。增加第一管(25)和/或第二管(27)的长度可使锥形更平缓，其中，锥形开始的转变角减小。在一些实施方式中，可以减小第一催化剂本体(24)和第二催化剂本体(26)之间的距离，从而减小第一管(25)和第二管(27)的长度。减小第一管(25)和/或第二管(27)的长度可使锥形陡峭，其中锥形开始的转变角增加。此外，在一些实施方式中，第一催化剂本体(24)可以偏离第二管(27)的锥形端所希望的任意距离。在一些实施方式中，第二催化剂本体(26)可以偏离第一管(25)的锥形端所希望的任意距离。另外，在一些实施方式中，本文中所描述的任何模块的入口正面催化剂面积和入口正面管面积满足公式(I):
权利要求
1.一种催化剂模块,包括: 包括至少一个第一催化剂本体和至少一个第一管的流体流入口侧；和 包括至少一个第二催化剂本体和至少一个第二管的流体流出口侧，其中所述至少一个第一管是通向所述至少一个第二催化剂本体的流体流入口，并且所述至少一个第二管是所述至少一个第一催化剂本体的流体流出口。
2.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中，所述流体流入口侧进一步包括多个第一催化剂本体和多个第一管，并且所述流体流出口侧进一步包括多个第二催化剂本体和多个第二管，其中，所述第一管是通向所述第二催化剂本体的流体流入口，并且所述第二管是所述第一催化剂本体的流体流出口。
3.根据权利要求2所述的催化剂模块，包括至少一行所述第一催化剂本体。
4.根据权利要求3所述的催化剂模块，包括多行所述第一催化剂本体。
5.根据权利要求4所述的催化剂模块，包括多行所述第二管。
6.根据权利要求2所述的催化剂模块，包括至少一行所述第二催化剂本体。
7.根据权利要求6所述的催化剂模块，包括多行所述第二催化剂本体。
8.根据权利要求7所述的催化剂模块，包括多行所述第一管。
9.根据权利要求2所述的催化剂模块，其中，所述第一管和所述第二管中的至少之一是锥形。
10.根据权利要求2所述的催化剂模块，进一步包括至少部分限定所述第一管的开口的柱。
11.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中，所述模块满足公式: 一[入口 IH面催化剂总面积] x <[(第--催化剂的入口正面总面积)+ (入口正面管总而积)] 其中X是I。
12.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中，所述模块满足公式:<_[入口正面催化剂总面积:|_ x <[(第一催化剂的入口正面总面积)+ (入口正面管总面积)] 其中X是1.1。
13.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中，所述模块满足公式:χ <_[入口正面催化剂总面积]_ Χ <[(第一催化剂的入口正面总面积)+ (入口正面管总面积)] 其中χ是1.4。
14.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中所述第一催化剂本体和所述第二催化剂本体包括整体结构性催化剂本体。
15.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中所述第一催化剂本体和所述第二催化剂本体中的至少之一包括板式催化剂本体、填充床催化剂本体或波纹催化剂本体。
16.根据权利要求1所述的催化剂模块，其中所述第一催化剂本体和所述第二催化剂本体中的至少之一是用过的催化剂本体。
17.根据权利要求1所述的催化剂模块，进一步包括设置在所述模块的所述入口侧和所述出口侧之间的至少一个附加催化剂本体。
18.根据权利要求2所述的催化剂模块，进一步包括设置在所述模块的所述入口侧和所述出口侧之间的多个附加催化剂本体。
19.根据权利要求17所述的催化剂模块，进一步包括通向所述至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流入口管和所述至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流出口管。
20.根据权利要求18所述的催化剂模块，进一步包括通向所述附加催化剂本体的多个附加流体流入口管和所述附加催化剂本体的多个附加流体流出口。
21.—种催化剂模块,包括: 包括多行第一结构性 催化剂本体和多行第一管的流体流入口侧；和 包括多行第二结构性催化剂本体和多行第二管的流体流出口侧，其中，所述第一管是通向所述第二催化剂本体的流体流入口，并且所述第二管是所述第一催化剂本体的流体流出口，并且其中所述模块满足下列公式:<_[入口正面催化剂总面积:|_x <[(第一催化剂的入口正面总面积)+ (入口正面管总面积)] 其中X是I或1.1。
22.根据权利要求21所述的催化剂模块，其中，所述第一结构性催化剂本体和所述第二结构性催化剂本体中的至少之一包括用过的结构性催化剂本体。
23.—种催化反应器,包括: 至少一个催化剂模块，所述至少一个催化剂模块包括: 包括多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧；和 包括多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中所述第一管是通向所述第二催化剂本体的流体流入口，并且所述第二管是所述第一催化剂本体的流体流出口。
24.根据权利要求23所述的催化反应器，其中，所述第一催化剂本体和所述第二催化剂本体中的至少之一包括整体结构性催化剂本体。
25.根据权利要求23所述的催化反应器，其中，所述第一催化剂本体和所述第二催化剂本体中的至少之一包括板式催化剂本体、填充床催化剂本体或波纹催化剂本体。
26.根据权利要求23所述的催化反应器，进一步包括设置在所述模块的所述入口侧和所述出口侧之间的至少一个附加催化剂本体，和通向所述至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流入口管以及所述至少一个附加催化剂本体的至少一个附加流体流出口管。
27.根据权利要求23所述的催化反应器，进一步包括设置在所述模块的所述入口侧和所述出口侧之间的多个附加催化剂本体，和通向所述附加催化剂本体的多个附加流体流入口管以及所述附加催化剂本体的多个附加流体流出口管。
28.—种催化反应器,包括: 具有适于处理来自燃气轮机、燃气锅炉或燃煤锅炉中的烟气流的尺寸的至少一个催化剂模块，所述至少一个催化剂模块包括: 包括多行第一结构性催化剂本体和多行第一管的烟气流入口侧；和 包括多行第二结构性催化剂本体和多行第二管的烟气流出口侧，其中，所述第一管是通向所述第二催化剂本体的烟气流入口，所述第二管是所述第一催化剂本体的烟气流出口，其中，所述模块满足下列公式:x <_[入口正而催化剂总面积]_x < [(第-.催化剂的入口正面总面积)+ (入口正面管总面积 其中X是I或1.1。
29.根据权利要求28所述的催化反应器，其中所述第一结构性催化剂本体和所述第二结构性催化剂本体中的至少之一包括用过的结构性催化剂本体。
30.根据权利要求28所述的催化反应器，其中所述燃气轮机是余热回收蒸汽发生器的上游。
31.一种催化反应器，包括: 包括多个第一催化剂 模块和多个第一管的流体流入口侧；和 包括多个第二催化剂模块和多个第二管的流体流出口侧，其中所述第一管是通向所述第二催化剂模块的流体流入口，所述第二管是所述第一催化剂模块的流体流出口。
32.根据权利要求31所述的催化反应器，其中，所述第一催化剂模块和所述第二催化剂模块中的至少之一包括多个催化剂本体。
33.根据权利要求31所述的催化反应器，进一步包括设置在所述催化反应器的所述入口侧和所述出口侧之间的至少一个附加催化剂模块，和通向所述至少一个附加催化剂模块的至少一个附加流体流入口管以及所述至少一个附加催化剂模块的至少一个附加流体流出口管。
34.一种处理流体流的方法，包括: 提供至少一个催化剂模块，所述催化剂模块包括:包含多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，所述第一管是通向所述第二催化剂本体的流体流入口，并且所述第二管是所述第一催化剂本体的流体流出口 ；以及 使所述流体流的第一部分通过所述第一催化剂本体并经由第二管离开所述模块。
35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括使所述流体流的第二部分经由所述第一管通过所述第二催化剂本体。
36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述至少一个催化剂模块进一步包括设置在所述流体流入口侧和流体流出口侧之间的至少一个附加催化剂本体，其中，使所述流体流的一部分通过所述至少一个附加催化剂本体。
37.根据权利要求34所述的方法，其中，所述流体流是通过燃气轮机、燃气锅炉或燃煤锅炉产生的烟气流。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述燃气轮机是余热回收蒸汽发生器的上游。
39.一种化学物质捕获装置，包括: 包括第一捕获本体和第一管的流体流入口侧；和 包括第二捕获本体和第二管的流体流出口侧，其中，所述第一管是通向所述第二捕获本体的流体流入口，并且所述第二管是所述第一捕获本体的流体流出口。
40.根据权利要求39所述的催化剂模块，其中，所述流体流入口侧进一步包括多个第一捕获本体和多个第一管，并且所述流体流出口侧进一步包括多个第二捕获本体和多个第二管，其中，所述第一管是通向所述第二捕获本体的流体流入口，并且所述第二管是所述第一捕获本体的流体流出口。
41.根据权利要求39所述的化学物质捕获装置，进一步包括设置在所述装置的所述入口侧和所述出口侧之间的至少一个附加捕获本体。
42.根据权利要求40所述的化学物质捕获装置，进一步包括设置在所述装置的所述入口侧和所述出口侧之间的多个附加催化剂 本体。
全文摘要
本发明在一些实施方式中提供具有提高的有效催化剂横截面面积的催化剂模块和/或催化反应器。在一些实施方式中，催化剂模块包括包含多个第一催化剂本体和多个第一管的流体流入口侧和包含多个第二催化剂本体和多个第二管的流体流出口侧，其中，第一管是通向第二催化剂本体的流体流入口，第二管是用于第一催化剂本体的流体流出口。
文档编号B01D53/94GK103118763SQ201180039420
公开日2013年5月22日 申请日期2011年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者杰里米·托马斯·弗里曼, 埃里克·巴克尔·豪厄尔 申请人:康明公司