CN103926370B - 一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置及方法。该装置包括管道Ⅰ～Ⅶ、减压阀、过滤器、质量流量计、单向阀、预热混合器、电加热炉、三通球阀Ⅰ～Ⅲ、烟气分析仪和汞分析仪，以及具有两个进气口和一个出气口的催化反应器。通过产生不同配比的烟气，模拟出工厂的实际状况。通过更换不同种类的催化剂，选择出针对特定烟气脱硝和脱汞效果均好的催化剂。

Description

一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置及方法

技术领域

本发明属于检测用于燃煤电厂脱硝脱汞***中催化剂的脱硝活性及汞氧化活性的技术领域

背景技术

氮氧化物NOx和汞是燃煤电厂主要排放的大气污染物，氮氧化物的排放会造成酸雨，温室效应和臭氧层破坏等环境问题，严重危害人类健康和社会发展。

国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准，标准确规定：自2015年1月1日起，燃煤锅炉执行文件中表1规定的汞及其化合物污染物排放限值(不超过30μg/Nm)，我国最新颁布的火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）规定了燃煤锅炉的汞排放限制为0.03mg/m³，随着环保要求的不断提高，今后对于我国燃煤电厂的氮氧化物和汞的排放标准也将会越来越严格，目前国内大部分燃煤电厂已经逐渐并逐步完善了脱销***的安装，并采用目前世界上主要的脱销技术，即选择性催化还原（SCR）脱硝技术，而催化剂是SCR技术的核心，基于SCR脱销技术而开发的催化剂也层出不穷，针对于我国不同煤炭品种的燃烧特质而开发的脱销催化剂也在进一步研究完善当中。

燃煤电厂烟气中的汞主要以气态单质汞（Hg⁰）等形态存在。单质汞是脱除难点，目前主要用脱汞吸附剂进行吸附去除。已有研究表明，燃煤电厂脱硝***中的部分催化剂对单质汞具有氧化能力，能够将单质汞氧化成二价汞的化合物，这就使得在不新增加脱汞设备的情况下，利用现有脱硝装置将烟气中较难脱除的单质汞氧化进而被后续的湿法脱硫设备脱除。然而目前脱硝催化剂种类繁多、烟气组成复杂，到底何种催化剂同时兼具高效的脱硝活性以及具有较强的单质汞氧化活性还有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有同时检测催化剂脱硝及汞氧化活性的联合评价装置。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置，包括管道Ⅰ～Ⅶ、预热混合器、电加热炉、三通球阀Ⅰ～Ⅲ、烟气分析仪和汞分析仪，以及具有两个进气口和一个出气口的催化反应器。

所述管道Ⅰ的进口连接NH₃气源、出口连接催化反应器的第一进气口。

所述管道Ⅱ的进口连接O₂气源、出口连接预热混合器的进气口。所述管道Ⅲ的进口连接NO气源、出口连接预热混合器的进气口。所述管道Ⅳ的进口连接N₂气源、出口连接预热混合器的进气口。所述管道Ⅴ的进口连接HCl气源、出口连接预热混合器的进气口。所述管道Ⅵ的进口连接N₂气源、出口连接装有汞渗透管的U型石英管的进气口，所述装有汞渗透管的U型石英管出气口通过管道Ⅷ与预热混合器的进气口连通。所述管道Ⅶ的进口连接SO₂气源、出口连接预热混合器的进气口。所述管道Ⅰ～Ⅶ上均安装有单向阀。

所述预热混合器的出气口通过管道与三通球阀Ⅰ的A₁口连通。所述三通球阀Ⅰ的A₂口通过管道与三通球阀Ⅱ的B₁口连通。所述三通球阀Ⅰ的A₃口通过管道与催化反应器的第二进气口连通。

所述催化反应器内填充催化剂，所述催化反应器的出气口通过管道与三通球阀Ⅲ的C₁口连通。所述三通球阀Ⅲ的C₃口通过管道连接所述汞分析仪。所述三通球阀Ⅲ的C₂口通过管道连接三通球阀Ⅱ的B₂口。所述三通球阀Ⅱ的B₃口通过管道连接所述烟气分析仪，所述三通球阀Ⅲ和三通球阀Ⅱ为T型三通球阀。

进一步地，所述装有汞渗透管的U型石英管浸入油浴中，所述催化反应器放入电加热炉中。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，该装置可以产生不同配比的烟气，模拟出工厂的实际状况。通过更换不同种类的催化剂，选择出针对特定烟气脱硝和脱汞效果均好的催化剂。

本发明的另一个目的是公开一种基于上述装置的联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的方法，包括以下步骤：

1)调整三通球阀Ⅰ，使得A₁口与A₂口连通、A₃口封闭，调整三通球阀Ⅱ，使得B₁口、B₂口和B₃口相互连通，调整三通球阀Ⅲ使得C₂口和C₃口连通、C₁口封闭。

2)通过管道Ⅱ～Ⅷ，向预热混合器内通入O₂、NO、N₂、汞蒸汽、HCl和SO₂气体，所述烟气分析仪检测NO的初始浓度C_NO,in，所述汞分析仪检测汞蒸气的初始浓度[Hg⁰]_in。

3)调整三通球阀Ⅰ，使得A₁口与A₃口连通、A₁口封闭，调整三通球阀Ⅱ，使得B₂口和B₃口连通、B₁口封闭。调整三通球阀Ⅲ，使得C₁口、C₂口和C₃口相互连通。

4)管道Ⅰ向预热混合器内通入NH₃气体，通过管道Ⅱ～Ⅷ，向预热混合器内通入O₂、NO、N₂、汞蒸汽、HCl和SO₂气体。

5)所述烟气分析仪检测NO的浓度C_NO,out，所述汞分析仪检测汞蒸气的浓度[Hg⁰]_out。

计算NO的脱除率： ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{NO}}=(1-\frac{C_{\mathrm{NO},\mathrm{out}}}{C_{\mathrm{NO},\mathrm{in}}})\×100\%,$

计算Hg⁰的氧化率： $E_{\mathrm{OXI}}=\frac{{\left[{\mathrm{Hg}}^0\right]}_{\mathrm{in}}-{\left[{\mathrm{Hg}}^0\right]}_{\mathrm{out}}}{{\left[{\mathrm{Hg}}^0\right]}_{\mathrm{in}}}.$

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的图例。

图中：1-管道Ⅰ，2-管道Ⅱ，3-管道Ⅲ，4-管道Ⅳ，5-管道Ⅴ，6-管道Ⅵ，7-管道Ⅶ，8-预热混合器，9-三通球阀Ⅰ，10-三通球阀Ⅱ，11-三通球阀Ⅲ，12-催化反应器，13-催化剂，14-电加热炉，15-烟气分析仪，16-汞分析仪，17-压力表，18-减压阀，19-过滤器，20-质量流量计，21-油浴，22-单向阀，23-装有汞渗透管的U型石英管，24-管道Ⅷ。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置，包括管道Ⅰ～Ⅶ、预热混合器8、三通球阀Ⅰ～Ⅲ、烟气分析仪15和汞分析仪16，以及具有两个进气口和一个出气口的催化反应器12。催化反应器12是一个内部容纳催化剂的容器。从催化反应器12任意一个进气口进入的气体流经催化剂（通常固定在载体上）后，从出气口排出。

所述管道Ⅰ1的进口连接NH₃气源、出口连接催化反应器12的第一进气口。

所述管道Ⅱ2的进口连接O₂气源、出口连接预热混合器8的进气口。所述管道Ⅲ3的进口连接NO气源、出口连接预热混合器8的进气口。所述管道Ⅳ4的进口连接N₂气源、出口连接预热混合器8的进气口。所述管道Ⅴ5的进口连接HCl气源、出口连接预热混合器8的进气口。所述管道Ⅵ6的进口连接N₂气源、出口连接汞渗透管23的进气口，所述汞渗透管23的出气口通过管道Ⅷ24与预热混合器8的进气口连通。所述管道Ⅶ8的进口连接SO₂气源、出口连接预热混合器8的进气口。上述各个管道的作用是向催化反应器12内送入混合气体。

实施例中，管道Ⅰ～Ⅷ均为聚四氟乙烯管。通过调整各个管道的进气量，可以方便地控制混合气体各个成分的配比。参见图1和图2，管道Ⅰ～Ⅴ、Ⅶ中，每一条管道均安装有辅助设施，即从进气口到出气口依次安装有减压阀18、过滤器19、质量流量计20和单向阀22。减压阀18的进端口和出端口各安装一个压力表17。可以控制管道的通断。由于管道Ⅵ6和管道Ⅷ需要输出汞蒸汽，所以，在管道Ⅵ6从进气口到出气口依次安装有减压阀18、过滤器19和质量流量计20，管道Ⅷ上安装单向阀22。通过控制各管道上安装的单向阀22的启闭，

实验时，各个管道的气体均经过减压阀、过滤器并通过质量流量计精确控制流量后送入所述预热混合器8内，形成混合气体。所述预热混合器8的出气口通过管道与三通球阀Ⅰ9的A₁口连通。所述三通球阀Ⅰ9的A₂口通过管道与三通球阀Ⅱ10的B₁口连通。所述三通球阀Ⅰ9的A₃口通过管道与催化反应器12的第二进气口连通。所述三通球阀Ⅰ9可以为T型三通球阀，也可以为L型三通球阀，其具有A₁、A₂和A₃三个管口。

所述催化反应器12内填充催化剂13，所述催化反应器12的出气口通过管道与三通球阀Ⅲ11的C₁口连通。所述三通球阀Ⅲ11的C₃口通过管道连接所述汞分析仪16。所述三通球阀Ⅲ11的C₂口通过管道连接三通球阀Ⅱ10的B₂口。所述三通球阀Ⅱ10的B₃口通过管道连接所述烟气分析仪15，所述三通球阀Ⅲ11和三通球阀Ⅱ10为T型三通球阀，均具有三个管口（三通球阀Ⅱ10的B₁、B₂和B₃，三通球阀Ⅲ11的C₁、C₂和C₃）。实施例中，所述汞分析仪16测定烟气中0价汞的浓度，所述烟气分析仪15测定NO的浓度。

实施例中，。所述装有汞渗透管的U型石英管23浸入油浴21中，即汞蒸汽的浓度可以通过调整油浴21的温度来控制。所述催化反应器12放入电加热炉14中。

实施例2：

本实施例采用实施例1所述装置，联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的方法，包括以下步骤：

1)调整三通球阀Ⅰ9，使得A₁口与A₂口连通、A₃口封闭，调整三通球阀Ⅱ10，使得B₁口、B₂口和B₃口相互连通，调整三通球阀Ⅲ11使得C₂口和C₃口连通、C₁口封闭。即使得从预热混合器8内出来的混合气体不经过催化剂13，直接进入烟气分析仪15和汞分析仪16。

2)通过管道Ⅱ～Ⅷ，向预热混合器8内通入O₂、NO、N₂、汞蒸汽、HCl和SO₂气体。此时，管道Ⅰ上的单向阀22关闭。所述烟气分析仪15检测NO的初始浓度C_NO,in，所述汞分析仪16检测汞蒸气的初始浓度[Hg⁰]_in。作为优选，向预热混合器8内通入O₂、NO、N₂、汞蒸汽、HCl和SO₂气体一段时间后，再读取汞分析仪16和烟气分析仪15显示的参数。即获得稳定后的汞蒸气的初始浓度[Hg⁰]_in和NO的初始浓度C_NO,in。

3)调整三通球阀Ⅰ9，使得A₁口与A₃口连通、A₂口封闭，调整三通球阀Ⅱ10，使得B₂口和B₃口连通、B₁口封闭。调整三通球阀Ⅲ11，使得C₁口、C₂口和C₃口相互连通。即使得预热混合器8内出来的混合气体，以及管道Ⅰ出来的氨气经过催化剂13。

4)管道Ⅰ1向催化反应器内通入NH₃气体，通过管道Ⅱ～Ⅷ，向预热混合器8内通入O₂、NO、N₂、汞蒸汽、HCl和SO₂气体。实施例中，可以根据实验需要，通过电加热炉14来加热催化反应器12并控制反应温度。

5)所述烟气分析仪15检测NO的浓度C_NO,out，所述汞分析仪16检测汞蒸气的浓度[Hg⁰]_out。作为优选，在实验设定的温度点反应稳定30分钟后，再读取C_NO,out和[Hg⁰]_out。

计算NO的脱除率： ${\mathrm{\η}}_{\mathrm{NO}}=(1-\frac{C_{\mathrm{NO},\mathrm{out}}}{C_{\mathrm{NO},\mathrm{in}}})\×100\%,$

计算Hg⁰的氧化率： $E_{\mathrm{OXI}}=\frac{{\left[{\mathrm{Hg}}^0\right]}_{\mathrm{in}}-{\left[{\mathrm{Hg}}^0\right]}_{\mathrm{out}}}{{\left[{\mathrm{Hg}}^0\right]}_{\mathrm{in}}}.$

Claims (2)

1.一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置，其特征在于：包括管道Ⅰ～Ⅶ、预热混合器(8)、三通球阀Ⅰ～Ⅲ、烟气分析仪(15)和汞分析仪(16)，以及具有两个进气口和一个出气口的催化反应器(12)；

所述管道Ⅰ(1)的进口连接NH₃气源、出口连接催化反应器(12)的第一进气口；

所述管道Ⅱ(2)的进口连接O₂气源、出口连接预热混合器(8)的进气口；所述管道Ⅲ(3)的进口连接NO气源、出口连接预热混合器(8)的进气口；所述管道Ⅳ(4)的进口连接N₂气源、出口连接预热混合器(8)的进气口；所述管道Ⅴ(5)的进口连接HCl气源、出口连接预热混合器(8)的进气口；所述管道Ⅵ(6)的进口连接N₂气源、出口连接装有汞渗透管的U型石英管(23)的进气口，所述装有汞渗透管的U型石英管(23)的出气口通过管道Ⅷ(24)与预热混合器(8)的进气口连通；所述管道Ⅶ(7)的进口连接SO₂气源、出口连接预热混合器(8)的进气口；所述管道Ⅰ～Ⅶ上均安装有单向阀；

所述预热混合器(8)的出气口通过管道与三通球阀Ⅰ(9)的A₁口连通；所述三通球阀Ⅰ(9)的A₂口通过管道与三通球阀Ⅱ(10)的B₁口连通；所述三通球阀Ⅰ(9)的A₃口通过管道与催化反应器(12)的第二进气口连通；

所述催化反应器(12)内填充催化剂(13)，所述催化反应器(12)的出气口通过管道与三通球阀Ⅲ(11)的C₁口连通；所述三通球阀Ⅲ(11)的C₃口通过管道连接所述汞分析仪(16)；所述三通球阀Ⅲ(11)的C₂口通过管道连接三通球阀Ⅱ(10)的B₂口；所述三通球阀Ⅱ(10)的B₃口通过管道连接所述烟气分析仪(15)，所述三通球阀Ⅲ(11)和三通球阀Ⅱ(10)为T型三通球阀。

2.根据权利要求1所述的一种联合评价催化剂脱硝和脱汞性能的装置，其特征在于：所述装有汞渗透管的U型石英管(23)浸入油浴(21)中，所述催化反应器(12)放入电加热炉(14)中。