一种适用于烟气净化系统中炭基催化剂的再生装置的制作方法

本实用新型于环境工程领域，具体涉及烟气脱硫脱硝处理系统中对吸附饱和的炭基催化剂的再生装置。

背景技术：

炭基催化剂烟气脱硫脱硝技术原理为：烟气在炭基催化剂的吸附及催化作用下，烟气中的SO2分别以物理吸附和化学吸附的形式吸附在炭基催化剂表面；同时利用炭基催化剂的催化性能，烟气中NOx与氨气发生催化还原反应生成N2，实现了烟气的脱硫脱硝。脱硫脱硝后的炭基催化剂吸附有大量的SO2、硫酸以及在脱硝过程中因通入氨气产生的铵盐，这些物质降低了催化剂的活性，因此有必要对降低了活性焦催化剂进行再生，使脱硫脱硝过程中吸附的物质解析，从而提高催化剂的性能。经再生后的催化剂经输送机等输送设备重新返回吸附装置中，实现炭基催化剂的循环利用。催化剂再生解析出来的气体可以脱硫脱硝副产物的形式进行经济利用。

根据炭基催化剂脱硫过程常见反应：

生成硫酸后吸附：SO2+1/2O2+H2O→H2SO4*

SO3+H2O→H2SO4*

生成硫酸铵后吸附： H2SO4*+NH3→NH4HSO4*

NH4HSO4*+NH3→(NH4)2SO4*

其中*标示：被炭基催化剂吸附

吸附硫后的炭基催化剂再生反应：

H2SO4*+1/2C→SO2+1/2CO2+H2O

NH4HSO4*→SO2+1/3N2 +1/3NH3+2 H2O在催化剂再生过程中，炭基催化剂中的碳参与了SO2的解析反应，从反应过程可以看出，催化剂是以化学损耗的形式不断被消耗的，因而不可避免地增加了催化剂在烟气处理系统运行过程中的损耗。

同时，炭基催化剂在脱硝过程除了作为催化剂外，还参与如下反应：

NO+NHxO-AC→N2+H2O+OH-AC

可以看出，氧氮官能团也是脱硝反应的重要催化活性点，脱硝反应减少了炭基催化剂的活性基团，如果反应后的活性基团无法有效再生的话，炭基催化剂活性将逐步降低。另外，在联合脱硫脱硝过程中，由于SO2的存在，炭基催化剂的脱硝性能明显降低，因此，有效提高再生后催化剂的性能就尤为重要。

现有的再生塔技术方案(如中国专利:CN 107510218 A、CN 107537591 A)中,主要通过加热方式对催化剂进行再生，再生过程中采用惰性气体如N2气体作为保护气，并将解析气体送出装置。此类设计的不足之处在于：1）虽然能够实现催化剂吸附物质的解析和分离，但由于炭基催化剂中的碳参与了SO2的解析反应，导致了催化剂消耗量的增加；2）由于脱硝过程中催化剂的活性基团是逐渐减少的，仅通过加热方式并不一定能实现催化剂中活性基团的有效再生。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够有效提高炭基催化剂再生性能的装置。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种适用于烟气净化系统中炭基催化剂的再生装置，该再生装置采用再生塔，所述再生塔分为加热段、过渡段和冷却段；再生塔的管程部分，顶部设有炭基催化剂入口，底部设有炭基催化剂出口，过渡段设有解析气体出口，加热段上方和冷却段下方，分别设有惰性气体第一入口和惰性气体第二入口；再生塔的壳程部分，加热段下部设有加热气体入口，上部设有加热气体出口，冷却段下部设有冷却气体入口，上部设有冷却气体出口；本实用新型再生塔上还设有氨气注入口，与所述再生塔的内部相连通；所述氨气注入口位于再生塔的加热段上方，或者所述氨气注入口为所述惰性气体第一入口；所述再生装置还包括氨气注入管、第一惰性气体注入管和第二惰性气体注入管；所述氨气注入管两端分别连接所述氨气注入口和氨气源；所述氨气注入管上设有阀门和流量控制计；所述第一惰性气体注入管和第二惰性气体注入管分别与惰性气体第一入口和惰性气体第二入口相连，其上均设有阀门和流量控制计。

进一步的，再生塔的加热段上方还设有预热段；所述氨气注入口位于所述预热段和加热段之间，或者所述氨气注入口为所述惰性气体第一入口且位于所述预热段上方。

进一步的，再生装置还包括氨气均布装置；所述氨气均布装置设于所述氨气注入口处。

进一步的，再生塔的炭基催化剂入口和炭基催化剂出口处分别设有双联锁气阀。

进一步的，氨气均布装置包括连接法兰、管阵、气体管道、装置壳体和管板；管板固定设于装置壳体内；管阵采用错列方式布置管板中；气体管道为多个，平行布置于装置壳体上，一端与对应的连接法兰相连，一端与管板上的管阵相连通；氨气均布装置通过连接法兰固定在再生塔上。气体管道间距取500mm，管内径取15~25mm。管板厚度约为气体管道间距的0.25~3倍，优选1倍。氨气通过气体管道进入氨气均布装置内。形成管阵的管内径为不小于70mm，优选75~90mm，管中心距约为1.5倍管径。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

本实用新型通过在再生塔中同时通入氨气进行炭基催化剂的再生，能利用氨气参与吸附硫酸的再生，能够有效降低炭基催化剂再生过程中的碳消耗，同时能使再生后的炭基催化剂生成更多的活性基团，从而对炭基催化剂进行进一步活化，提高其对污染物的脱除能力。同时利用流量控制计对注入的氨气和氮气流量进行控制，实现烟气脱硫脱硝处理系统的经济高效运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中一种适用于烟气净化系统中炭基催化剂的再生装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2中再生装置的另一种结构示意图；

图3为图1中氨气均布装置的结构示意图；

图4为图3中氨气均布装置的管阵分布示意图。

图中，1-预热段，2-加热段，3-过渡段，4-冷却段，5-双联锁气阀，6-氨气均布装置，7-连接法兰、8-管阵、9-装置壳体、10-管板，11-气体管道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型适用于烟气净化系统中炭基催化剂的再生装置采用现有的再生塔进行改进。现有的再生塔从上至下分为预热段1、加热段2、过渡段3、冷却段4。吸附饱和的炭基催化剂通过上部的双联锁气阀5（阻止装置内外的气体交换）进入再生塔中，经预热段1实现预热，其中预热段1为管壳式换热结构，其中炭基催化剂走管程，预热气体走壳程，预热气体可采用冷却段4的出口气体。炭基催化剂再经加热段2实现升温至再生温度，通常取400-450℃，加热段采用管壳式换热结构，其中炭基催化剂走管程，加热气体走壳程，加热气体可采用电加热后的热空气或者热风炉产生的高温烟气。再生后的炭基催化剂经过渡段3（恒温区），再生过程中生成的解析气体（SRG）从过渡段3的SRG气体出口排出。炭基催化剂再进入冷却段4进行再生后冷却，冷却段4也采用管壳式换热结构，炭基催化剂走管程，冷却气体走壳程，冷却气体采用空气。冷却后的炭基催化剂经双联锁气阀5从再生塔底部排出。同时再生塔的入口处和出口处分别设置惰性气体（通常采用氮气）注入口，注入的惰性气体作为保护气，可以保护炭基催化剂在加热再生过程中减少烧损和防止着火，并作为运载气体将再生过程中释放的解析气体排出。

本实用新型再生装置在再生塔的预热段1的下部、加热段2的入口前设置氨气均布装置6，氨气通过氨气均布装置注入后，走管程注入再生塔中，经充分扩散后进入加热段2，与炭基催化剂共同向下流动，参与炭基催化剂的再生过程。

根据硫酸的再生反应之一：

H2SO4*+NH3→NH4HSO4*

NH4HSO4*→SO2+1/3N2 +1/3NH3+2 H2O

吸附的硫酸与注入的氨气反应生成NH4HSO4，NH4HSO4可直接进行再生，无需消耗碳，降低了炭基催化剂再生过程中的碳消耗，从而降低炭基催化剂的消耗量。

另外，再生塔中的炭基催化剂再生反应还包括：

SO3+C^※→2SO2+O-C^※

NH3+O-C^※→N2+OH-C

NH3+O-C^※→H2O+N-O-C^※

其中，※表示炭基催化剂中的碳。

可以看出，注入的氨气在进入再生装置加热段后，能够有效促进炭基催化剂中氮氧官能团的生成，使再生后的炭基催化剂具有更多的脱硝催化活性点，从而实现对炭基催化剂的进行进一步活化，提高其对NOx的脱除能力。

如图3所示，氨气均布装置6包括连接法兰7、管阵8、气体管道11、装置壳体9和管板10。气体管道8多个，平行布置于装置壳体9上，一端与对应的连接法兰7相连，一端与管板10上的管阵相连通。氨气均布装置6通过连接法兰7固定在再生塔上。气体管道8间距取500mm，管内径取15~25mm。管板10厚度约为气体管道8间距的0.25~3倍，优选1倍。氨气通过气体管道11进入氨气均布装置6内。管板10固定设于装置壳体内。管阵采用错列方式布置管板10中，形成管阵的管内径为不小于70mm，优选75~90mm，管中心距约为1.5倍管径。

为了更好的对氮气的注入量进行调节，本实用新型通过氨气注入管（未画出）与氨气均布装置6相连，在氨气注入管上设有阀门和流量控制计，进行氨气注入的通断和流量调节。同时分别通过惰性气体注入管将惰性气体注入再生塔的入口处和出口处，在入口处和出口处的惰性气体注入管上均设置阀门和流量控制计，进行上下注入氮气的通断和流量调节。

实施例2

如图2所示，本实施例中再生装置的结构同实施例1，区别在于，氨气均布装置6即设于再生塔入口处的惰性气体注入口处，氨气与氮气混合后再注入再生装置中。氨气与氮气分别通过氨气注入管和氮气注入管连通至注入总管中进行混合后由氨气均布装置6注入再生塔内。通入的气体通过各自的注入管上设置的阀门和流量控制计，进行注入气体的通断和流量调节。

本实用新型再生装置也可不设置预热段1，此时注入的氨气直接进入加热段2参与炭基催化剂的再生反应。