一种实验室中试SCR脱硝催化剂评价反应器的制作方法

本实用新型涉及实验设备领域，尤其涉及一种实验室中试SCR脱硝催化剂评价反应器。

背景技术：

氮氧化物是主要的大气污染物之一，其对人类的健康和生存造成了极大的危害。大气中的氮氧化物可造成酸雨、光化学烟雾等，也是形成区域细粒子危害和灰霾的重要原因。随着环保政策的不断推进，氮氧化物成为大气污染治理的一个重点。实现NOx的持续减排是改善环境空气质量的关键。

选择性催化还原法(SCR)是目前最有效且广泛应用的氮氧化物控制技术。现在市场上一般都采用的催化剂为V-W-Ti体系，以TiO2为主要载体、WO3为助催化剂、V2O5为主要活性组分，通过混炼、陈腐、预挤、挤出、干燥、焙烧等工艺，制得成型的方块形蜂窝脱硝催化剂，尺寸约为150*150*1100mm，催化剂作为脱硝反应的核心，其活性大小、机械强度、寿命长短非常关键。

目前催化剂的活性性能一般采用固定床反应器进行评价，但是很多实验室的催化剂评价装置由于种种原因限制，采用的基本上为内径12mm石英管或者不锈钢管作为固定床反应器，只能局限于粉末或颗粒催化剂的评价实验。也有采用通过串联2～3个3*3孔状蜂窝试催化剂模块进行活性检测，但这些实验设备都属于微型催化反应模式，不能很贴切地模拟工业生产的实际环境条件，并且反应器构造相对复杂。因此，行业内需要对现有技术做出改进，提出一种能充分模拟工业上的烟气条件，提供一种便于整块蜂窝式催化剂填装和检测的中试SCR脱硝催化剂活性反应器。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种实验室中试SCR脱硝催化剂评价反应器，该装置能够方便的填装和检测整块蜂窝式催化剂，从而更好的模拟工业生产的烟气条件，更好地反映催化剂在实际工业应用条件的脱硝活性，实验数据更为可靠。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种实验室中试SCR脱硝催化剂评价反应器，其特征在于：

包括电加热炉及安放在电加热炉炉膛中的催化剂反应管；

催化剂反应管两端均为开口端，上端气密性覆盖锥形进气口，下端气密性安装通堵件，通堵件上方的催化剂反应管侧壁上设有出气口；

催化剂反应管上端内腔横截面与锥形进气口大端形状及尺寸相对应，催化剂反应管中段及下端内腔为工作腔，横截面呈方形，与催化剂样品外部横截面形状及尺寸相对应；催化剂反应管上端内腔尺寸大于中段内腔尺寸，两者相接处形成的台阶面上设有整流格栅板；

通堵件中心处固设热电偶套管，热电偶套管上端伸出通堵件外、端部内设用于测量催化剂样品温度的热电偶；

整流格栅板和通堵件之间的催化剂反应管内还设有筛板，催化剂样品对应电加热炉炉膛加热段的中部位置搁置在筛板上，筛板中心处固设中空的支撑管，支撑管两端均为开口端，其上端开口与筛板上方的催化剂反应管内腔相通，下端活动外套在热电偶套管上端外、抵紧在通堵件顶部，热电偶靠近催化剂样品底部。

整流格栅板使通过的烟气速度及分布相对均匀，整流格栅板的作用对于评价SCR烟气脱硝催化剂评价装置具有重要的意义。烟气在与整块的催化剂样品接触前，沿催化剂反应管轴向流动，并且分布和流速均匀，催化剂样品在放入催化剂反应管中时，其蜂窝状开孔也是沿催化剂反应管轴向的，因此烟气在流经催化剂样品时，流动方向与催化剂样品上的蜂窝状开孔方向一致，能够避免催化剂样品表面被过度冲刷，使催化剂寿命得到保障，另一方面，速度分布均匀的烟气也是其在催化剂样品表面充分反应的前提，从而能够使实验数据能够相对准确地评价催化剂样品的脱硝性能。

现有的催化剂活性评价反应器内部通常为圆形工作内腔，而脱硝催化剂又是规整的方块形结构，催化剂样品与反应器内壁间隙较大，不易密封，烟气容易从间隙不经过催化剂样品直接穿过，导致测出的脱硝效率较低，不能合理的评价脱硝催化剂的脱硝性能。而本装置催化剂反应管工作腔的方形形状与催化剂样品外部横截面形状及尺寸相对应，无需借助其它元件，就能够有效避免烟气直接从催化剂样品外侧与催化剂反应管工作腔之间的空隙大量逃逸，能够相对准确地评价催化剂样品的脱硝性能。

此外，筛板用于安放催化剂样品并使通过处理的烟气能够顺利通过；通堵件除对从催化剂反应管下端起到密封作用外，还用于固定热电偶套管，较大的轴向高度能够确保通堵件对热电偶套管的支撑更加充分；热电偶套管内置热电偶，通过热电偶实时监测催化剂样品的温度，从而调整电加热炉的输出功率，将实验温度精确控制在正常区间范围内；出气口开设在催化剂反应管一侧，避免与热电偶套管相互干涉，同时外接管路也不必随通堵件的反复拆卸而移动。

进一步的，所述锥形进气口大端为圆形，方形或者多边形或者其它易于加工、易于烟气扩散的形状。

进一步的，所述筛板为不锈钢微孔方形筛网，方便烟气流通。

进一步的，所述催化剂反应管上端端面开设环形的密封圈安装槽，安装槽内设有密封圈；上压紧盖板将锥形进气口大端压紧紧贴催化剂反应管上端后，再通过锁紧螺母与催化剂反应管锁定为一体，密封性好，便于拆装。

再进一步，所述上压紧盖板为绕催化剂反应管上端一周的环形盖板，或者，上压紧盖板为沿催化剂反应管上端周向间隔均匀布置的多块盖板式压块；上压紧盖板横截面呈90度直角折弯板形。

进一步的，所述催化剂反应管下端端面开设环形的密封圈安装槽，安装槽内设有密封圈；与工作腔相匹配的通堵件上端装入催化剂反应管内，通堵件外缘沿周向突出一圈环形的密封凸缘，覆盖在催化剂反应管下端端面上；下压紧盖板将密封凸缘压紧紧贴催化剂反应管下端后，再通过锁紧螺母与催化剂反应管锁定为一体，密封性好，便于拆装。

再进一步，所述下压紧盖板为绕催化剂反应管下端一周的环形盖板，或者，下压紧盖板为沿催化剂反应管下端周向间隔均匀布置的多块盖板式压块；下压紧盖板横截面呈90度直角折弯板形。

进一步的，所述出气口的外露接口处设有外螺纹，出气口与外接管路螺纹连接，加工方便，便于拆装。

进一步的，所述催化剂反应管上下两端外露于电加热炉两端外，催化剂反应管外设一对加固块，两块加固块相对的一侧上分别开设与催化剂反应管外形相匹配的半孔，两块加固块通过螺栓紧固为一体，两个半孔对接成通孔卡紧在催化剂反应管外部、将催化剂反应管悬置在电加热炉上端。电加热炉炉门为半圆柱形全开门，开启炉门后，将催化剂反应管放入炉膛内，使加固块外挂在。电加热炉上端，再关闭炉门进行实验，便于固定催化剂反应管，同时还可以对催化剂反应管起到加固保护作用，防止催化剂反应管受力变形。

本实用新型的有益效果在于：

1、整段催化剂样品置于筛板上进行反应实验，能够方便的填装和检测整块蜂窝式催化剂，从而更好的模拟工业生产的烟气条件，更好地反映催化剂在实际工业应用条件的脱硝活性，实验数据更为可靠；

2、通过热电偶实时监测催化剂样品的温度，从而调整电加热炉的输出功率，实验温度易于控制；

3、通过整流格栅板对烟气的均布、均速作用，使烟气与催化剂接触更为充分，适合于模拟实际脱硝工况，进一步满足实验室中试SCR脱硝催化剂活性评价反应器的要求。

附图说明

图1为本装置一种优选结构的正视剖视示意图

图2为图1中锥形进气口和催化剂反应管的配合结构放大示意图

图3为催化剂反应管上端截面示意图

图4为图1中筛板、支撑管和热电偶套管的配合结构放大示意图

图5为图1中催化剂反应管和通堵件的配合结构放大示意图

图1～5中：1为锥形进气口，2为上压紧盖板，3为密封圈，4为整流格栅板，5为催化剂反应管，501为密封圈安装槽，502为工作腔，6为催化剂样品，7为筛板，8为通堵件，801为密封凸缘，9为热电偶套管，10为锁紧螺母，11为下压紧盖板，12为出气口，13为支撑管，14为电加热炉，15为加固块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示的实验室中试SCR脱硝催化剂评价反应器，包括电加热炉14及安放在电加热炉14炉膛中的催化剂反应管5；催化剂反应管5外形为圆筒形，两端均为开口端，上端气密性覆盖呈漏斗状的锥形进气口1，下端气密性安装通堵件8；通堵件8上方的催化剂反应管5侧壁上设有出气口12，出气口12的外露接口处设有外螺纹，出气口12与外接管路螺纹连接，其开口尺寸与锥形进气口1小端开口尺寸一致。

如图3所示的实施例中，锥形进气口1内腔呈圆锥形，便于烟气进入后迅速的扩散、分布均匀，催化剂反应管5上端内腔横截面为与锥形进气口1大端形状相匹配的圆形，催化剂反应管5中段及下端的工作腔502横截面呈正方形、内接于圆形的催化剂反应管5上端内腔中，且与催化剂样品6外部横截面形状及尺寸相对应，易于催化剂样品6和催化剂反应管5内壁之间的密封，避免烟气从催化剂样品6外部直接通过、能够相对准确地评价催化剂样品6的脱硝性能。

圆形的整流格栅板4放置在催化剂反应管5上端圆形内腔与工作腔502相接处的台阶面上；整流格栅板4内部沿催化剂反应管5轴向均匀分布垂直孔道，烟气在与整块的催化剂样品6接触前，整流格栅板4能够使通过的烟气速度及分布相对均匀并且沿催化剂反应管5轴向流动，而催化剂样品6在放入催化剂反应管5中时，其蜂窝状开孔也是沿催化剂反应管5轴向的，因此烟气在流经催化剂样品6时，流动方向基本与催化剂样品6上的蜂窝状开孔方向保持一致，从而避免催化剂样品6表面被过度冲刷，使催化剂寿命得到保障，另一方面，速度分布均匀的烟气又是其在催化剂样品6表面充分反应的前提。

通堵件8中心处固设热电偶套管9，热电偶套管9上端伸出通堵件8外、端部内设用于测量催化剂样品6温度的热电偶。

通堵件8上方设有筛板7，筛板7为不锈钢微孔方形筛网，便于烟气通过；催化剂样品6对应电加热炉14炉膛加热段的中部位置搁置在筛板7上，以保证实验过程中整个催化剂样品6受热均匀，筛板7中心处固设中空的支撑管13，支撑管13两端均为开口端，其上端开口与筛板7上方的催化剂反应管5内腔相通，下端活动外套在热电偶套管9上端外、抵紧在通堵件8顶部，从而支撑起筛板7及催化剂样品6；筛板7及支撑管13的整体高度依电加热炉14加热段的中部位置而定，保证在筛板组件上的催化剂能够处于电加热炉14加热段的中部位置，热电偶套管9上端上端的伸出长度以热电偶能够靠近催化剂样品6底部以准确测量为宜，如图4所示。

图2所示实施例为一种锥形进气口1和催化剂反应管5上端之间的气密性密封结构：催化剂反应管5上端端面开设环形的密封圈安装槽501，安装槽内设有防止气体泄漏的O型密封圈3；上压紧盖板2将锥形进气口1大端压紧紧贴催化剂反应管5上端后，再通过锁紧螺母10与催化剂反应管5锁定为一体，结构简单，方便拆卸和安装。

图5所示实施例为一种催化剂反应管5下端和通堵件8之间的气密性密封结构：催化剂反应管5下端端面开设环形的密封圈安装槽501，安装槽内设有密封圈3；与工作腔502相匹配的通堵件8上端装入催化剂反应管5内，通堵件8外缘沿周向突出一圈环形的密封凸缘801，覆盖在催化剂反应管5下端端面上；下压紧盖板11将密封凸缘801压紧紧贴催化剂反应管5下端后，再通过锁紧螺母10与催化剂反应管5锁定为一体，结构简单，方便拆卸和安装。

此外，上压紧盖板2或下压紧盖板11可以是绕催化剂反应管5上端或下端一周的环形盖板，也可以是沿催化剂反应管5上端或者下端周向间隔均匀布置的多块盖板式压块；上压紧盖板2或下压紧盖板11横截面均呈90度直角折弯板形，起到压紧密封的作用。

如图1、2、5所示，位于催化剂反应管5上端的锥形进气口1、上压紧盖板2、密封圈3、锁紧螺母10，位于催化剂反应管5下端的出气口12、下压紧盖板11、密封圈3、锁紧螺母10、通堵件8分别外露于电加热炉14两端外，便于将筒形的催化剂反应管5内置于电加热炉14炉膛内，无需破坏电加热炉14本身的结构；催化剂反应管5外设一对加固块15，两块加固块15相对的一侧上分别开设与催化剂反应管5外形相匹配的半孔，两块加固块15通过螺栓紧固为一体，两个半孔对接成通孔卡紧在催化剂反应管5外部、将催化剂反应管5悬置在电加热炉14上，催化剂反应管5两端伸出电加热炉14外。

实验前，先将催化剂样品6安放在筛板7上、从催化剂反应管5下端装入其工作腔502内，再保持支撑管13外套在热电偶套管9外、安放通堵件8，直至通堵件8的密封凸缘801抵紧催化剂反应管5下端，拧紧锁紧螺母10使通堵件8和催化剂反应管5密封固定为一体，通过加固块15将催化剂反应管5悬置在电加热炉14炉膛内，此时催化剂样品6位于电加热炉14炉膛加热段的中部位置，然后开始实验，实验结束后，从电加热炉14中取出催化剂反应管5，再按相反顺序拆卸通堵件8、通过支撑管13方便取出筛板7及使用过的催化剂样品6，方便下次使用。