CN109884242A - 一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置及评价方法 - Google Patents

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周蓉
何宏伟
宁新
宁方钢
陈影
吕艳如
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Abstract

本发明涉及脱硝催化剂检测技术领域，特别涉及一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置及评价方法。包括烟气气体瓶，还原剂气体瓶，气体混合室，脱硝反应室，所述脱硝反应室的内部设置有用于放置脱硝催化剂负载滤料的耐高温玻璃管，在脱硝反应室的前后两端分别连接有第一气体浓度传感器和第二气体浓度传感器，通过检测污染性气体经过脱硝反应室前后的氮氧化物浓度即可得出脱硝催化剂负载滤料的脱硝效果。本发明结构简单，使用方便，通过放置有催化剂负载滤料的脱硝装置，精确的检测出催化剂负载滤料对含有氮氧化物的烟气的脱硝效果。

Description

一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置及评价方法
技术领域
本发明涉及脱硝催化剂检测技术领域，特别涉及一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置及评价方法。
背景技术
随着人类社会的生产力不断进步，工业也随着迅速发展，但随之而来的诸多问题也开始凸显，环境问题便是其中之一。由于工业生产过程中会产生各种废气、废水、废渣，这些工业生产废物排放到自然环境中无疑会对环境造成危害，随着技术的进步，人们逐渐意识到工业废气的排放对环境的影响是最大的，除了其中含有的粉尘等颗粒物，其中的有毒有害气体成分也会对人类健康造成影响。而不同企业工况不同，排放的烟气中所含成分也各不相同，烟气净化不仅是使排放的气体含尘浓度达到国家标准，更重要的是除去氮氧化物等有害气体成分。
选择性催化还原技术（SCR）是一种处理排放烟气中有害气体的常用技术。所谓SCR技术，是通过催化剂负载于载体，以NH3为还原剂，氮氧化物在催化剂作用下被还原为氮气和水从而达到脱硝目的的一种技术。在该技术中，烟气中的NH3和NOx（氮氧化物）与氧气发生反应。NH3-SCR脱硝过程中主要发生的化学反应如下：
4NH3+4NO+O2 =4N2+6H2O ；4NH3+2NO2+O2 =3N2+6H2O
一氧化氮、二氧化氮等有害的氮氧化物气体流经负载有催化剂的载体后，有多少氮氧化物被分解即脱硝效果如何，目前有许多方法对脱硝效果进行评价，基本原理相同，即让有害气体流经载体，根据载体前后氮氧化物含量变化计算脱硝率，但具体实现的方法和手段有所不同。
专利 CN102103047A ，公开了一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置，该方法精确控制模拟烟气的主要组份，模拟烟气进入装有待测催化剂的反应器后完成脱硝反应过程，通过烟气分析仪检测反应器前后烟气 NO 浓度变化情况，从而得到催化剂的活性。
上述专利中，装置***简单，参数控制精确，但该测试装置是针对独立的催化剂进行的脱硝效果评价。为简化烟气的净化步骤，常常需要除尘脱硝一体化，对于负载有脱硝催化剂的耐高温滤料，实际脱硝和过滤是同步进行，无法用上述装置评价脱硝效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置及评价方法，通过放置有催化剂负载滤料的脱硝评价装置，对含有氮氧化物的烟气进行脱硝，并检测出催化剂负载滤料的脱硝效果。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，包括若干盛有不同气体的用于模拟大气中烟气成分的烟气气体瓶，及盛有还原剂NH3的还原剂气体瓶，所述烟气气体瓶和还原剂气体瓶通过管道与用于混合烟气及还原剂NH3的气体混合室连接，在气体混合室的出口端连接有脱硝反应室，在脱硝反应室的出口端连接有气体净化室，脱硝反应后的气体经气体净化室处理后排出，在脱硝反应室的前后两端分别连接有用于检测气体成分及浓度的第一气体浓度传感器和第二气体浓度传感器，所述脱硝催化剂负载滤料以耐高温纤维为原料制成的针刺毡滤料，并在耐高温纤维表面均匀负载有颗粒状的MnO2脱硝催化剂。
进一步的，所述脱硝反应室内部设置有用于放置脱硝催化剂负载滤料的耐高温玻璃管，所述耐高温玻璃管的一端通过管道与气体混合室连接，另一端通过管道与气体净化室连接。
进一步的，所述烟气包括氧气，氮气及氮氧化物，所述氮氧化物包括NO，NO2。
进一步的，所述耐高温纤维包括聚苯硫醚纤维，聚酰亚胺纤维，聚四氟乙烯纤维，所述针刺毡滤料为两层由耐高温纤维制成的非织造布中间加入一层由耐高温纤维制成的基布,通过针刺加固的方式制成的毡状非织造布材料，所述MnO2脱硝催化剂的颗粒粒径为500～800nm，所述脱硝催化剂负载滤料大小形状与耐高温玻璃管的横截面相同，所述脱硝催化剂负载滤料的厚度为2.5～4.5mm。
进一步的，所述脱硝反应室上设置有用于控制脱硝反应室温度的温度控制器，所述脱硝反应室内部设置有用于提高烟气和还原剂NH3温度的加热器。
进一步的，所述烟气气体瓶和还原剂气体瓶的出口处设置有控制气体流量的流量计。
本发明还公开了一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，包括如下步骤：
（1）盛放于不同烟气气体瓶中的烟气不同组份及还原剂气体瓶中的NH3通过流量计控制流入气体混合室的比例及流速，并在气体混合室中充分混合；
（2）混合后的气体经第一气体浓度传感器检测其中氮氧化物的浓度后通过管道流入放置于脱硝反应室内的耐高温玻璃管，并在流经脱硝催化剂负载滤料的过程中进行脱硝反应，脱硝反应室需提前预热至80℃～220℃；
（3）脱硝反应后的混合气体流经第二气体浓度传感器，并检测脱硝反应后氮氧化物的浓度，然后通过气体净化室处理后排出；
（4）通过比较第一气体浓度传感器和第二气体浓度传感器中氮氧化物的浓度，计算得出脱硝催化剂负载滤料的脱硝效率为40%～95%，下式为脱销效率（η）的计算公式：
η=(C1-C2)/C1*100%
式中，C1为第一气体浓度传感器检测的氮氧化物浓度；C2为第二气体浓度传感器检测的氮氧化物浓度。
进一步的，所述烟气中氮氧化物的含量为0.03%～0.07%，所述还原剂NH3与氮氧化物的摩尔比为0.8～1.5:1。
进一步的，所述烟气与还原剂NH3的总流速为140～150 mL/min。
本发明基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置及评价方法的有益效果是：
通过调整气体瓶的流量计，可调整不同气体的混合比例，气体混合室可将气体充分混合再进行反应，脱硝反应室上的温度控制器和加热器可实时监控脱硝反应室的温度，使其稳定在适合脱硝反应的温度，脱硝反应室中的脱硝催化剂负载滤料的用量可根据实际情况中氮氧化物的含量进行调整，通过比较连接在脱硝反应室前后的第一气体浓度传感器和第二气体浓度传感器所检测的氮氧化物浓度，可得出脱硝催化剂负载滤料的脱硝效果。
将脱硝催化剂负载滤料制成与脱硝反应室耐高温玻璃管横截面的大小形状完全一致，并竖直设置在耐高温玻璃管内，可使经过脱硝反应室的所有气体必须全部通过脱硝催化剂负载滤料之后，才可流出，进而使所有的有害气体全部通过脱硝催化剂负载滤料而得到过滤，气体混合室混合完全的气体经过管道流入较粗的耐高温玻璃管中，使气体与脱硝催化剂负载滤料的接触更加均匀，脱硝效果更好，测得的脱硝效率更加精确。
通入的还原剂NH3可与氮氧化物反应，生成N2和水，其中当NH3与氮氧化物的摩尔比值较低时，脱硝反应不能充分进行；当NH3与氮氧化物的摩尔比值较高时，脱硝效率提高，但可能发生NH3逃逸，造成大气二次污染，因此将NH3与氮氧化物的摩尔比设置为0.8～1.5:1。
本发明结构简单，使用方便，通过放置有催化剂负载滤料的脱硝装置，精确的检测出催化剂负载滤料对含有氮氧化物的烟气的脱硝效果。
附图说明
图1为本发明的测试装置结构图；
图2为测试装置中脱硝催化剂负载滤料的放大图；
图3为脱硝催化剂负载滤料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
实施例1：
如图1、2、3所示，一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，包括若干盛有不同气体的用于模拟大气中烟气成分的烟气气体瓶1，及盛有还原剂NH3的还原剂气体瓶2，所述烟气气体瓶1和还原剂气体瓶2的出口处设置有控制气体流量的流量计3，并通过管道与用于混合烟气及还原剂NH3的气体混合室4连接，在气体混合室4的出口端连接有脱硝反应室5，所述脱硝反应室5内部设置有用于放置脱硝催化剂负载滤料8的直径为10cm的圆柱形耐高温玻璃管14，所述脱硝催化剂负载滤料8直径为10cm，所述脱硝催化剂负载滤料8采用耐高温纤维9中的聚苯硫醚纤维为原料制成的针刺毡滤料，并在聚苯硫醚纤维表面均匀负载有不规则颗粒状的MnO2脱硝催化剂10，所述MnO2脱硝催化剂10的颗粒粒径为500nm，所述脱硝催化剂负载滤料8的厚度为3mm，所述针刺毡滤料为两层由聚苯硫醚纤维制成的非织造布中间加入一层由聚苯硫醚纤维制成的基布,通过针刺加固的方式制成的毡状非织造布材料，所述耐高温玻璃管14的一端通过管道与气体混合室4连接，另一端通过管道与气体净化室13连接，在脱硝反应室5上设置有用于调节脱硝反应室温度的温度控制器6，在脱硝反应室5内部设置有用于提高烟气和还原剂NH3温度的加热器7，在脱硝反应室5的前后两端分别连接有用于检测气体成分及浓度的第一气体浓度传感器11和第二气体浓度传感器12，在脱硝反应室5的出口处通过管道连接有气体净化室13，脱硝反应后的气体经气体净化室13处理后排出。
本发明还公开了一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，包括如下步骤：
（1）不同烟气气体瓶1中的NO，02，N2及还原剂气体瓶2中的NH3通过流量计3控制流入气体混合室的比例及流速，其中烟气中，各组分的含量为，N2 为94.95%，02为5%，NO为0.05%，所述还原剂NH3与的NO摩尔比为1:1，烟气和NH3的总流速为130 mL/min；
（2）在气体混合室4充分混合后的气体，经第一气体浓度传感器11检测其中NO的浓度为200mg/m3，然后通过管道流入脱硝反应室5内部的圆柱形耐高温玻璃管，耐高温玻璃管内垂直放有直径为10cm的脱硝催化剂负载滤料8，脱硝反应室5需提前预热至200℃；
（3）脱硝反应后的混合气体流经第二气体浓度传感器12，并检测脱硝反应后NO的浓度为60mg/m3，然后通过气体净化室13处理后排出；
（4）通过比较第一气体浓度传感器11和第二气体浓度传感器12中NO的浓度，得到脱硝催化剂负载滤料8的脱硝率为70%。
实施例2：
如图1、2、3所示，一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，包括若干盛有不同气体的用于模拟大气中烟气成分的烟气气体瓶1，及盛有还原剂NH3的还原剂气体瓶2，所述烟气气体瓶1和还原剂气体瓶2的出口处设置有控制气体流量的流量计3，并通过管道与用于混合烟气及还原剂NH3的气体混合室4连接，在气体混合室4的出口端连接有脱硝反应室5，所述脱硝反应室5内部设置有用于放置脱硝催化剂负载滤料8的直径为10cm的圆柱形耐高温玻璃管14，所述脱硝催化剂负载滤料8直径为10cm，所述脱硝催化剂负载滤料8采用耐高温纤维9中的聚苯硫醚纤维为原料制成的针刺毡滤料，并在聚苯硫醚纤维表面均匀负载有不规则颗粒状的MnO2脱硝催化剂10，所述MnO2脱硝催化剂10的颗粒粒径为600nm，所述脱硝催化剂负载滤料8的厚度为2.5mm，所述针刺毡滤料为两层由聚苯硫醚纤维制成的非织造布中间加入一层由聚苯硫醚纤维制成的基布,通过针刺加固的方式制成的毡状非织造布材料，所述耐高温玻璃管14的一端通过管道与气体混合室4连接，另一端通过管道与气体净化室13连接，在脱硝反应室5上设置有用于调节脱硝反应室温度的温度控制器6，在脱硝反应室5内部设置有用于提高烟气和还原剂NH3温度的加热器7，在脱硝反应室5的前后两端分别连接有用于检测气体成分及浓度的第一气体浓度传感器11和第二气体浓度传感器12，在脱硝反应室5的出口处通过管道连接有气体净化室13，脱硝反应后的气体经气体净化室13处理后排出。
本发明还公开了一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，包括如下步骤：
（1）不同烟气气体瓶1中的NO2，02，N2及还原剂气体瓶2中的NH3通过流量计控制流入气体混合室的比例及流速，其中烟气中，各组分的含量为，N2 为96.97%，02为3%，NO2为0.03%，所述还原剂NH3与的NO2摩尔比为0.8:1，烟气和NH3的总流速为140mL/min；
（2）在气体混合室5充分混合后的气体，经第一气体浓度传感器11检测其中NO2的浓度为150mg/m3，然后通过管道流入脱硝反应室5内部的圆柱形耐高温玻璃管，耐高温玻璃管内垂直放有直径为10cm的脱硝催化剂负载滤料8，脱硝反应室5需提前预热至80℃；
（3）脱硝反应后的混合气体流经第二气体浓度传感器12，并检测脱硝反应后NO2的浓度为90mg/m3，然后通过气体净化室13处理后排出；
（4）通过比较第一气体浓度传感器11和第二气体浓度传感器12中NO2的浓度，得到脱硝催化剂负载滤料8的脱硝率为40%。
实施例3：
如图1、2、3所示，一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，包括若干盛有不同气体的用于模拟大气中烟气成分的烟气气体瓶1，及盛有还原剂NH3的还原剂气体瓶2，所述烟气气体瓶1和还原剂气体瓶2的出口处设置有控制气体流量的流量计3，并通过管道与用于混合烟气及还原剂NH3的气体混合室4连接，在气体混合室4的出口端连接有脱硝反应室5，所述脱硝反应室5内部设置有用于放置脱硝催化剂负载滤料8的直径为10cm的圆柱形耐高温玻璃管14，所述脱硝催化剂负载滤料8直径为10cm，所述脱硝催化剂负载滤料8采用耐高温纤维9中的聚苯硫醚纤维为原料制成的针刺毡滤料，并在聚苯硫醚纤维表面均匀负载有不规则颗粒状的MnO2脱硝催化剂10，所述MnO2脱硝催化剂10的颗粒粒径为800nm，所述脱硝催化剂负载滤料8的厚度为4.5mm，所述针刺毡滤料为两层由聚苯硫醚纤维制成的非织造布中间加入一层由聚苯硫醚纤维制成的基布,通过针刺加固的方式制成的毡状非织造布材料，所述耐高温玻璃管14的一端通过管道与气体混合室4连接，另一端通过管道与气体净化室13连接，在脱硝反应室5上设置有用于调节脱硝反应室温度的温度控制器6，在脱硝反应室5内部设置有用于提高烟气和还原剂NH3温度的加热器7，在脱硝反应室5的前后两端分别连接有用于检测气体成分及浓度的第一气体浓度传感器11和第二气体浓度传感器12，在脱硝反应室5的出口处通过管道连接有气体净化室13，脱硝反应后的气体经气体净化室13处理后排出。
本发明还公开了一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，包括如下步骤：
（1）不同烟气气体瓶1中的NO2，02，N2及还原剂气体瓶2中的NH3通过流量计控制流入气体混合室的比例及流速，其中烟气中，各组分的含量为，N2为93.93%，02为6%，NO2为0.07%，所述还原剂NH3与的NO2摩尔比为1.5:1，烟气和NH3的总流速为150 mL/min；
（2）在气体混合室5充分混合后的气体，经第一气体浓度传感器11检测其中NO2的浓度为250mg/m3，然后通过管道流入脱硝反应室5内部的圆柱形耐高温玻璃管，耐高温玻璃管内垂直放有直径为10cm的脱硝催化剂负载滤料8，脱硝反应室5需提前预热至220℃；
（3）脱硝反应后的混合气体流经第二气体浓度传感器12，并检测脱硝反应后NO2的浓度为12.5mg/m3，然后通过气体净化室13处理后排出；
（4）通过比较第一气体浓度传感器11和第二气体浓度传感器12中NO2的浓度，得到脱硝催化剂负载滤料8的脱硝率为95%。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征在于：包括若干盛有不同气体的用于模拟大气中烟气成分的烟气气体瓶，及盛有还原剂NH3的还原剂气体瓶，所述烟气气体瓶和还原剂气体瓶通过管道与用于混合烟气及还原剂NH3的气体混合室连接，在气体混合室的出口端连接有脱硝反应室，在脱硝反应室的出口端连接有气体净化室，脱硝反应后的气体经气体净化室处理后排出，在脱硝反应室的前后两端分别连接有用于检测气体成分及浓度的第一气体浓度传感器和第二气体浓度传感器，所述脱硝催化剂负载滤料以耐高温纤维为原料制成的针刺毡滤料，并在耐高温纤维表面均匀负载有颗粒状的MnO2脱硝催化剂。
2.根据权利要求1所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征是：所述脱硝反应室内部设置有用于放置脱硝催化剂负载滤料的耐高温玻璃管，所述耐高温玻璃管的一端通过管道与气体混合室连接，另一端通过管道与气体净化室连接。
3.根据权利要求1所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征是：所述烟气包括氧气，氮气及氮氧化物，所述氮氧化物包括NO，NO2。
4.根据权利要求1所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征是：所述耐高温纤维包括聚苯硫醚纤维，聚酰亚胺纤维，聚四氟乙烯纤维，所述针刺毡滤料为两层由耐高温纤维制成的非织造布中间加入一层由耐高温纤维制成的基布,通过针刺加固的方式制成的毡状非织造布材料，所述MnO2脱硝催化剂的颗粒粒径为500～800nm，所述脱硝催化剂负载滤料大小形状与耐高温玻璃管的横截面相同，所述脱硝催化剂负载滤料的厚度为2.5～4.5mm。
5.根据权利要求1所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征是：所述脱硝反应室上设置有用于控制脱硝反应室温度的温度控制器，所述脱硝反应室内部设置有用于提高烟气和还原剂NH3温度的加热器。
6.根据权利要求1所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征是：所述烟气气体瓶和还原剂气体瓶的出口处设置有控制气体流量的流量计。
7.一种基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，使用权利要求1～6任一权利要求所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的测试装置，其特征在于,所述评价方法的步骤如下：
（1）盛放于不同烟气气体瓶中的烟气不同组份及还原剂气体瓶中的NH3通过流量计控制流入气体混合室的比例及流速，并在气体混合室中充分混合；
（2）混合后的气体经第一气体浓度传感器检测其中氮氧化物的浓度后通过管道流入放置于脱硝反应室内的耐高温玻璃管，并在流经脱硝催化剂负载滤料的过程中进行脱硝反应，脱硝反应室需提前预热至80℃～220℃；
（3）脱硝反应后的混合气体流经第二气体浓度传感器，并检测脱硝反应后氮氧化物的浓度，然后通过气体净化室处理后排出；
（4）通过比较第一气体浓度传感器和第二气体浓度传感器中氮氧化物的浓度，计算得出脱硝催化剂负载滤料的脱硝效率为40%～95%。
8.根据权利要求7所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，其特征是：所述烟气中氮氧化物的含量为0.03%～0.07%，所述还原剂NH3与氮氧化物的摩尔比为0.8～1.5:1。
9.根据权利要求7所述的基于催化剂负载滤料脱硝效果的评价方法，其特征是：所述烟气与还原剂NH3的总流速为140～150 mL/min。
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