[發明專利]用于煤燃燒輔助設備的氨氧化催化劑

有效

• 申請號: 200680012643.1
• 申請日: 2006-01-30
• 公開（公告）號: CN101160164A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: P·H·德蘭;G·D·拉帕杜拉;X·劉
• 申請（專利權）人: 巴斯福催化劑公司
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01J23/648
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 林柏楠;劉金輝

發明領域

本發明涉及一種通過催化氧化除去煙道氣中的過量氨(NH₃)氣的方法，其通過氨注射經歷氮氧化物(NO_x)的選擇性催化還原(SCR)。本發明進一步涉及在沉積在飄塵上之前除去煙道氣中殘留氨的方法。

發明背景

全世界大量家用和商用的電能產生于在鍋爐中燃燒化石燃料(例如，煤、油或氣)的電廠。得到的熱排放氣(有時也稱“煙道氣”)轉動氣體渦輪或使水沸騰來產生蒸汽，其轉動蒸汽渦輪，并且渦輪配合發電機產生電能。煙道氣流隨后穿過空氣預熱器，例如旋轉輪熱交換器，其將煙道氣中的熱轉移給進來的此后流向燃燒爐的空氣流。局部冷卻煙道氣從空氣預熱器流向排放煙道。

當煤用作主要燃料源時，煙道氣包含污染物例如硫氧化物(SO_x)、氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)和煙灰顆粒。所有這些污染物向空氣的排放受制于聯邦和地方的法規，其大大地限制了這些煙道氣成分的水平。

為了滿足降低發電站NO_x排放物水平，如環境規定所要求的，許多化石燃料燃燒電產生單元使用選擇性催化還原(SCR)或選擇性非催化還原(SNCR)工藝。在SCR中，使用的最常用的方法是釩氧化物催化劑存在時注射入氨或尿基試劑，此處氨反應還原氮氧化物。一般SCR比SNCR在較低的溫度下完成。一般SCR系統在煙道氣溫度介于300℃到450℃之間操作。美國專利5,104,629圖解了一種已知類型的SCR裝置。

在SNCR中，使用的最常用的方法是不使用催化劑向上部爐注射氨或尿基試劑以還原氮氧化物。SNCR系統在煙道氣溫度介于850℃到1150℃之間操作。美國專利3,900,554、4,208,386和4,325,924圖解了一種已知類型的SNCR裝置。

在煤燃燒電廠，用于SCR和SNCR系統的氨注射系統一般裝置在煙道氣流的高溫和高粉塵區，其一般在灰分收集之前。SCR和SNCR工藝的一個共同問題是有些殘留氨，被稱為氨流失(ammonia?slip)，消極地影響下游成分和方法，例如：空氣預熱器污垢、飄塵污染物、和氨氣排放入空氣。由于SCR催化劑表面劣化和煙道氣速度、溫度、與氨和NO_x濃度的非均勻分布導致氨流失問題進一步惡化。

當前方法的另一問題是增加氨注射會更有效地除去氮氧化物，但是然后過量的氨會導致煙道氣中氨流失的增加。此外，在煤燃燒電廠這些過量氨可以污染得到的煤基飄塵。

甚至在以天然氣或油為基礎的電廠，排放氨的環境影響也是不希望的。EPA已經制定了初始目的是降低NO_x的各種規則。已經決定化石燃料的燃燒是NO_x排放的主要來源。這些控制規則由EPA在1990清潔空氣法案修正案(CAAA90)的IV標題所建立。在1997年7月EPA在新來源執行標準和這些基于可由SCR工藝得到執行的分區提出了另外的變化。

如上簡述，鍋爐等的排放氣的處理存在如下缺點：

(1)在處理氣中還有一些留下未除去的氨；

(2)低的NO_x分解速率；和

(3)大的氨消耗；

(1)和(2)的缺點是相互聯系的。

例如，如果為了提高NO_x分解速率提高氨供應，在處理氣體中殘留氨的比例會高。這些殘留氨可能超過現有規則允許排放到空氣中的量。因此，公知方法的氮氧化物分離效率由可以排放到空氣中的未反應氨量所限制。

另外，在氨的引入點，燃燒裝置上載荷的變化會改變溫度至一個偏離最佳溫度范圍的值，并且這反過來會降低分解速率，傾向于增加殘留氨的比例。甚至在小比例的情況下，殘留氨會迅速和排放氣中的硫酸成分反應產生硫酸銨。這些產品會粘附在相對低溫區的后部熱轉移表面，例如，空氣預熱器的加熱表面和鍋爐相關部分，引起壓力損失的增加，防礙燃燒裝置的操作，并且由于它們最終的腐蝕侵蝕裝置物質。

如上所述，處理排放氣中留下未除去的氨對實際操作方式提供了主要的障礙。因此，氨供應存在上限并且自然地NO_x分解速率低。這是高溫非催化脫氮作用實施的問題。而且，高溫區中引入的氨，經過分解自身的伴隨的反應，導致了過量消耗氨的缺點(3)，或超過NO_x分解反應的當量。隨著為了提高分解速率而增加氨注射量這種趨勢會顯著。對于常規獲得的NO_x分解速率這是另一個限制因素。