專利名稱：廢氣處理裝置的性能恢復方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用蜂窩式催化劑(下文中簡稱為蜂窩催化劑)的廢氣處理裝置的性能恢復方法，蜂窩式催化劑用于汽車廢氣處理、氣體凈化、化學合成等；特別適用于去除工廠如熱電站產(chǎn)生的廢氣中的NOx。
背景技術：
傳統(tǒng)上，熱電站中裝備的鍋爐和許多使用燃料如石油、煤炭或燃料氣體的大規(guī)模鍋爐，廢物焚化爐，和類似的設備已經(jīng)配備了對廢氣進行處理的廢氣NOx去除裝置，該裝置包含多個NOx去除催化劑層。
NOx去除催化劑通常由載體(如TiO2)，活性成分(如V2O5)，和助催化劑成分(如氧化鎢或氧化鉬)組成，并利用多成分的氧化物NOx去除催化劑例如VOx-WOy-TiO2和VOx-MoOy-TiO2。
NOx去除催化劑典型表現(xiàn)為蜂窩、板等形式。蜂窩催化劑包括涂覆催化劑，它是通過制造蜂窩狀基底并用催化劑成分涂覆該基底制成；捏合催化劑，它是通過捏制基底材料與催化劑成分然后成型成蜂窩催化劑；和浸漬催化劑，它是通過用催化劑成分浸漬蜂窩狀基底制成。板狀催化劑通過是用催化劑成分涂覆金屬基材或陶瓷基材制成。
任何情況下，在使用的過程中上述催化劑的催化性能會隨著時間的流逝而劣化，因為使催化性能劣化的物質(zhì)(下文中成為劣化物質(zhì))會沉積在催化劑的表面或者溶解的劣化物質(zhì)會遷移到催化劑中。
就此，人們已對恢復NOx去除催化劑的多種方法進行了研究。
例如，已經(jīng)過研究的一些方法包括，物理去除劣化部分和雜質(zhì)以便暴露催化活性表面；例如，包括利用研磨劑研磨廢氣通道內(nèi)表面的方法(參見例如專利文獻1)；包括刮擦NOx去除催化劑的劣化表面部分由此暴露出具有催化活性的新表面(參見例如專利文獻2)的方法；和包括使伴有氣體的微粒流過通孔從而去除雜質(zhì)的方法(例如參見專利文獻3)。
此外，人們還研究了通過清洗的再生催化性能方法；例如，包括用酸(pH≤5)或堿(pH≥8)清洗劣化催化劑的方法(參見例如專利文獻4)；包括依次用水或稀的無機酸水溶液，0.1至5wt％草酸水溶液清洗劣化催化劑，并用水清洗以便去除催化劑上的殘存草酸的方法(參見例如專利文獻5)；和包括用水(50℃至80℃)清洗劣化催化劑，然后進行干燥的方法(參見例如專利文獻6)。
然而，基于物理研磨或類似技術的方法的缺點是，操作麻煩并且會在再生過程中使NOx去除催化劑自身開裂或破裂。
通常，在清洗NOx去除催化劑的情形中，通過用堿性水溶液、熱水等進行清洗去除堿性成分，并用草酸水溶液進行清洗有效去除主要包含釩的重金屬成分。然而，盡管使用這些基于清洗的方法，然而劣化物質(zhì)的洗去仍不充分。因此，對使用多種清洗成分的基于清洗的再生方法進行了研究。
同時還提出了在無需去除該催化劑的情況下再生劣化催化劑性能的裝置(參見專利文獻7)。利用附加裝置用于再生催化劑性能的方法導致高的操作成本，這是其問題所在。
如上文所述，已對多種再生方法進行了研究。然而，這些方法具有一些缺點，并且尚未開發(fā)出令人滿意的方法。
日本專利申請公開No.1-119343權利要求和其它部分[專利文獻2]日本專利申請公開No.4-197451[專利文獻3]日本專利申請公開No.7-116523[專利文獻4]日本專利申請公開No.64-80444[專利文獻5]日本專利申請公開No.7-222924 日本專利申請公開No.8-196920[專利文獻7]日本專利申請公開No.2000-325801發(fā)明內(nèi)容在上述情形下，本發(fā)明的一個目標是提供恢復廢氣處理裝置性能的方法，該方法能夠以低成本恢復劣化的NOx去除催化劑的NOx去除性能，而無需用新催化劑替換劣化的NOx去除催化劑以及無需添加新催化劑。
因此，獲得上述目標的本發(fā)明的第一種模式提供了恢復廢氣處理裝置性能的方法，該裝置包括具有供給待處理氣體的氣體導管的蜂窩催化劑，催化劑提供在該裝置的廢氣導管中，并在使用中在氣體導管的側壁上進行氣體處理，其特征在于該方法包括重排蜂窩催化劑，使蜂窩催化劑的劣化部分從廢氣導管的入口側移開，其中劣化部分位于待處理氣流的上游側，并且延伸到覆蓋蜂窩催化劑的預定范圍。
依照第一種模式，重排蜂窩催化劑以便將蜂窩催化劑的劣化部分從廢氣導管的入口側移開。因此，可以更新有效去除NOx部分的狀態(tài)，由此可以恢復NOx去除性能。
本發(fā)明的第二種模式可以描繪成依照第一種模式恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中重排蜂窩催化劑以將劣化部分置于氣流的下游側由此使氣體供給方向反轉。
依照第二種模式，在廢氣處理裝置中重排蜂窩催化劑，以便將劣化部分置于下游側。通過相對于氣流方向反轉蜂窩催化劑，可以方便地恢復NOx去除性能。
本發(fā)明的第三種模式可以描繪成依照第一種模式或第二種模式恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中垂直于氣流方向?qū)⒎涓C催化劑切成多個催化劑片段，并重排這些催化劑片段使劣化部分至少不位于最遠的上游側。
依照第三種模式，通過沿垂直于氣流方向?qū)⒎涓C催化劑切成多個催化劑片段并重排這些催化劑片段，使得包含劣化部分得催化劑片段至少不位于最遠的上游側，而在廢氣處理裝置中重排了蜂窩催化劑。通過改變切割蜂窩催化劑片段的組合方式，能夠可靠地恢復NOx去除性能。
本發(fā)明的第四種模式可以描繪成依照第一至第三種模式任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中在去除劣化部分之后，重排蜂窩催化劑。
依照第四種模式，在重排廢氣處理裝置中的蜂窩催化劑時將劣化部分去除。由此，可以方便且可靠地恢復劣化的NOx去除性能。
本發(fā)明的第五種模式可以描繪成依照第一至第三種模式任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中通過研磨去除蜂窩催化劑氣體導管的部分側壁，該部分包括劣化部分，然后重排該蜂窩催化劑。
依照第五種模式，重排廢氣處理裝置中的蜂窩催化劑時，通過研磨去除氣體導管側壁上的劣化部分。通過使用該工序，只有預定的部分被研磨去除，并且與對整個蜂窩催化劑進行磨光的情形相比可以降低去除速率。因此，可以減少對NOx去除催化劑的損害。
本發(fā)明的第六種模式可以描繪成依照權利要求1至5任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中預定的范圍對應于從入口至供入氣體導管的氣流被調(diào)整和矯直處的范圍。
依照第六種模式，在由入口至供入氣體導管的氣流被調(diào)整和矯直處的部分中，可以恢復蜂窩催化劑的性能。因此，可以可靠地恢復待處理氣體不能有效接觸位置的氣體導管部分側壁的NOx去除性能。
本發(fā)明的第七種模式可以描繪成依照第一至第六種模式的恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中可以用式(A)表示范圍Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)) (A)(其中Uins(m/s)代表氣體流入速率，Ly(mm)代表孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恒定值)，并且當孔徑尺寸(Ly)為6mm且氣體流入速率為6m/s時，“a”是3-5范圍內(nèi)的常數(shù))。
依照第七種模式，可以可靠且精確地確定蜂窩催化劑的劣化部分，由此可以完全恢復廢氣處理裝置的性能。
本發(fā)明的第八種模式可以描繪成依照第一至第七種模式任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中該蜂窩催化劑是煙道氣NOx去除催化劑。
依照第八種模式，可以使用該蜂窩催化劑作為煙道氣NOx去除催化劑。
本發(fā)明的第九種模式可以描繪成依照第八種模式的恢復廢氣處理裝置性能的方法的特定實施方案，其中在環(huán)境溫度下將蜂窩催化劑浸入基本不含氯和清潔組分的再生水中，將催化劑從再生水中移去，并將殘留水從催化劑中移去。
依照第九種模式，僅通過在大致環(huán)境溫度下將NOx去除催化劑浸入再生水中，可容易地洗脫并除去劣化NOx去除性能的抑制物。因此，可以恢復NOx去除性能。
本發(fā)明適用于任何類型的常規(guī)蜂窩催化劑。術語“蜂窩催化劑”是指包含氣體導管并且在該氣體導管的側壁上進行催化反應的催化劑單元，該氣體導管具有多邊形的橫截面，例如方形、六邊形、或三角形。對蜂窩催化劑的形式?jīng)]有特殊的限制，典型的形式包括，包含具有六邊形橫截面氣體導管的圓柱體，和包含方形橫截面氣體導管并以柵格狀形式排列的長方體。
在這樣的蜂窩催化劑中，當氣體供入蜂窩柵格中時，認為發(fā)生下面的行為。具體來說，氣體在其入口處形成湍流，從而促進活性物質(zhì)與氣體導管側壁(催化劑壁)之間的碰撞。另一方面，在氣體通過蜂窩柵格的過程中，湍流逐漸被矯直并轉變?yōu)閷恿?，從而活性物質(zhì)與氣體導管側壁之間的碰撞被抑制。最后，氣流處于一般的擴散控制態(tài)。
換言之，設想存在如下機制。當連續(xù)使用蜂窩NOx去除催化劑經(jīng)過長的時間段后，該催化劑的表面被例如煤灰的物質(zhì)所覆蓋。在這種狀態(tài)下，活性物質(zhì)NH3(氨)和NOx無法接近催化劑，并且決定反應速率的氨向催化劑上的吸附被抑制，導致催化劑性能的劣化?；谠O想的機制，沿長度方向?qū)τ眠^的催化劑的表面進行了檢查，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)入口側的催化劑部分被該物質(zhì)厚覆蓋，該部分的性能顯著劣化，而在出口側的催化劑部分中未觀察到這種覆蓋，而且該部分基本未涉及NOx去除反應?；谶@些發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了本發(fā)明。簡單地說，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)催化劑的劣化位于入口側的催化劑部分，而且催化劑的性能取決于入口側部分的條件?；谶@些發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了本發(fā)明。
基于如下發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了本發(fā)明蜂窩催化劑的劣化發(fā)生在預定的范圍，該范圍對應于由入口至供入氣體導管的廢氣氣流被調(diào)整和矯直處的范圍，并且相對于該范圍的下游側部分基本未涉及NOx去除反應。本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，可以用式(A)表示范圍Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)) (A)(其中Uins(m/s)代表氣體流入速率，Ly(mm)代表孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恒定值)，并且當孔徑尺寸(Ly)為6mm且氣體流入速率為6m/s時，“a”是3-5范圍內(nèi)的常數(shù))。下面對該發(fā)現(xiàn)的細節(jié)進行說明。
相應的，本發(fā)明適用于任何具有上述預定范圍或更寬范圍的長度的蜂窩催化劑，優(yōu)選為根據(jù)上式計算所得范圍的至少約兩倍。依照本發(fā)明，可以恢復這種用于NOx去除并劣化的蜂窩催化劑的性能，而無需用新催化劑替換劣化的NOx去除催化劑，而且無需添加新催化劑，由此可以恢復廢氣處理裝置的性能。
在本發(fā)明的方法中，在NOx去除催化劑的使用期間，可以在適當?shù)臅r間定期評估用于恢復催化劑性能的時間點。在實際情形中，多個NOx去除催化劑層的劣化不一致，并且各個層的劣化次序、劣化開始等根據(jù)使用條件而不同。因此，使用高精度評估各個NOx去除催化劑層的劣化狀態(tài)，并且優(yōu)選僅當催化劑的性能劣化低于預定水平時，才進行上述的性能恢復。
例如，優(yōu)選對各個NOx去除催化劑層入口側和出口側的NOx濃度和NH3濃度進行測定；根據(jù)入口的摩爾比(即入口NH3/入口NOx)測定NOx去除百分比(η)；并根據(jù)該NOx去除百分比(η)評價各個NOx去除催化劑層的性能。依照上述方法，在各個NOx去除催化劑層入口側和出口側測定NOx濃度和NH3濃度，并根據(jù)入口摩爾比(η)確定NOx去除百分比(η)。因此，可以精確并且在絕對的基礎上根據(jù)對隨摩爾比的增加而提高的NOx去除百分比進行評價。
在這種情形中，可以根據(jù)NOx的濃度確定各個NOx去除催化劑層的NOx去除百分比(η)。然而，優(yōu)選根據(jù)NH3濃度而非根據(jù)NOx濃度來確定NOx去除百分比(η)，因為可以用更小的變化來評價催化性能。
為了更準確地評價催化劑的劣化狀態(tài)，可以對目標NOx去除催化劑的一部分進行取樣，并評估取樣催化劑的催化性能。
如上文所述，在本發(fā)明的待處理蜂窩催化劑中，催化反應的模式隨催化劑的形狀而變化。因此，本發(fā)明不但可用于廢氣處理裝置或類似裝置的NOx去除催化劑，而且可用于任何具有活性流體通過蜂窩段內(nèi)部的結構的催化劑。當活性流體包含抑制催化反應的物質(zhì)時，可以利用本發(fā)明。
如上文所述，本發(fā)明提供了恢復廢氣處理裝置性能的方法，通過將使用的NOx去除催化劑從廢氣導管入口側移開，該方法能夠恢復劣化NOx去除催化劑的NOx去除性能，其中該部分延伸包括蜂窩催化劑從氣體入口開始的預定范圍。因此，能夠以低的成本維持該廢氣處理裝置的性能，無需用新催化劑替換劣化的NOx去除催化劑以及無需添加新催化劑。
附圖簡述圖1的略圖顯示蜂窩催化劑中的氣流。
圖2的曲線圖顯示了通過模擬得到的持續(xù)湍流距離與Uin·Ly之間的關系。
圖3的曲線圖顯示了持續(xù)湍流距離與實際裝置中觀察到的玷污部分距離的關系。
圖4的略圖顯示了依照本發(fā)明的催化劑性能恢復處理的實施方案。
圖5的略圖顯示了依照本發(fā)明的切割催化劑片段組合的實施方案。
圖6的略圖顯示了依照本發(fā)明通過切割去除催化劑的實施方案。
圖7的略圖顯示了依照本發(fā)明基于研磨的催化劑性能恢復處理的圖8的示意圖顯示了使用NOx去除催化劑的廢氣處理裝置構造，其中應用了本發(fā)明的方法。
圖9顯示了本發(fā)明測試實例4的結果。
圖10顯示了本發(fā)明測試實例5的結果。
本發(fā)明的最佳實施方式下面將參照


本發(fā)明的最佳實施方式。本發(fā)明的描述僅為說明的目的，不應認為將本發(fā)明局限與此。本實施方案的情形中，在廢氣處理裝置中使用蜂窩催化劑作為NOx去除催化劑。不言而喻，本發(fā)明不限于這種使用。
如上文所述，本發(fā)明恢復廢氣處理裝置性能的方法的實現(xiàn)是基于如下發(fā)現(xiàn)，觀察到蜂窩催化劑的劣化主要位于從催化劑入口開始的預定范圍的部分，而其它部分基本未發(fā)生劣化。因此，重新布置蜂窩催化劑以便將蜂窩催化劑的劣化部分從廢氣導管的入口側移開。
下面根據(jù)

通過蜂窩催化劑氣體導管的廢氣氣流。圖1的略圖顯示了通過模擬得到的通過蜂窩催化劑的廢氣氣流。在圖1中，蜂窩催化劑1具有多個沿長度方向穿過大致為矩形棱柱的結構并且尺寸為600mm×6mm×6mm的氣體導管1A。氣體導管1A的間距設置為7mm，并且孔徑尺寸為6mm。
當廢氣從廣闊的外部空間流入蜂窩催化劑1的氣體導管1A內(nèi)部時，空間比(space ratio)從1減小到例如0.64。在通過氣體導管1A的過程中，以相當?shù)赝牧魇箯U氣與導管的內(nèi)壁(催化劑壁)接觸。換言之，已經(jīng)進入氣體導管1A的廢氣通過與催化劑壁摩擦形成湍流(參見圖1中的(A))，并且廢氣中包含的作為活性物質(zhì)的煤灰、和NH3或NOx，也穿過氣體導管并與催化劑壁碰撞(參見圖1中的(B))。
在通過氣體導管1A的過程中，廢氣逐漸被調(diào)整和矯直，從而與內(nèi)壁碰撞的NH3分子或NOx分子數(shù)目顯著減少(參見圖1中的(C))。另外，大部分NH3或NOx分子穿過氣體導管1A而基本上不與內(nèi)部接觸(參見圖1中的(D))。換言之，廢氣被調(diào)整和矯直之后，基本上不發(fā)生NOx去除反應。
典型蜂窩催化劑中氣流的湍流特征變化取決于氣體流速(圖1中的(V))和蜂窩催化劑氣體導管的孔徑尺寸。在圖1所示氣體導管1A設置的間距約為7mm(孔徑尺寸6mm)的蜂窩催化劑1的情形中，由氣體入口到深度約300mm的部分提供了湍流區(qū)域(圖1中的(X))，存在于該區(qū)域中的內(nèi)壁相當多地涉及NOx去除反應。
基于模擬結果，可以對上述湍流區(qū)域推導出下列關系。對具有多個沿長度方向穿過大致為矩形棱柱結構并且尺寸為600mm×6mm×6mm的氣體導管1A的蜂窩催化劑進行模擬，并且氣體導管1A的間距為7mm，蜂窩孔徑尺寸為6mm。氣體溫度為350℃。在下文的描述中，術語“持續(xù)湍流距離”是指湍流轉變?yōu)閷恿鬟^程中從入口到湍流能量喪失處的距離。
在模擬中，流體流入速率(Uin)為4、6和10m/s下的持續(xù)湍流距離(Lts)據(jù)計算分別為50、80和180mm。
理論上，流體的狀態(tài)通常由流入速率(Uin)和雷諾數(shù)Re決定；即使用孔徑尺寸Ly的參數(shù)(Re＝Uin·Ly/v，v＝5.67×10-5m2/S；常數(shù))。
因此，在孔徑尺寸為6mm的蜂窩催化劑中，持續(xù)湍流距離Lts(mm)來自于流入速率Uins(m/s)與孔徑尺寸Lys(mm)的乘積。由此，得到了持續(xù)湍流距離Lts與流入速率Uins(Uin)和孔徑尺寸Lys(Lt)的乘積的關系，如圖2所示。通過最小平方法，可以用下式(1)近似表示孔徑尺寸(Lys)為6mm時的持續(xù)湍流距離Lts。
Lts＝22e0.035(Lys·Uins)(1)當孔徑尺寸Ly s為6mm(恒定值)時，孔徑尺寸Ly(mm)是任意參數(shù)，而Uin(m/s)代表氣體流入速率，可以用下式(2)表示持續(xù)湍流距離Lt。
Lt＝Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin)(2)將模擬結果與實際催化劑的劣化部分長度進行比較。具體地，研究了持續(xù)湍流距離Lt與催化劑玷污部分長度(玷污長度，它是評價劣化部分的指標)的關系。如圖3所示，在所用裝置的實際階段中，認為在距離長于模擬得到的持續(xù)湍流距離Lt的催化劑部分上維持湍流。這種現(xiàn)象的一個可能原因是流入速率的變化和流體的流動被擾亂。
在實際的催化劑單元中，必須通過對式(2)乘以常數(shù)“a”來確定從入口到矯直起點處的距離(即劣化部分的長度)，且認為劣化部分的長度Lb可以用下式(3)表示。注意當蜂窩催化劑的孔徑尺寸為6mm(間距7mm)且氣體流入速率為6m/s時，“a”是3-5范圍內(nèi)的常數(shù)。
Lb＝a·Lt(3)在上述的實施方案中，在6m/s的氣體流入速率下使用孔徑尺寸為6mm(間距7mm)的蜂窩催化劑。因此，Lt為80mm。將常數(shù)“a”調(diào)整至大約3.8時，Lt約為300mm，這與催化劑實際劣化部分的長度相對應。
如上文所述，本實施方案是基于以下事實，認為蜂窩催化劑1中由入口至廢氣流被調(diào)整和矯直處的預定范圍(即從氣體導管1A的入口至約300mm深度的催化劑部分)顯著涉及NOx去除反應。因此，使用之后，重排蜂窩催化劑以便使從入口到300mm深度的催化劑部分(下文中稱為劣化部分)從廢氣處理裝置的廢氣導管入口側移開，由此恢復廢氣處理裝置的性能。這里所用的“重排蜂窩催化劑以便將劣化部分從廢氣導管的入口側移開”是指將劣化部分從入口側轉移開并且將未發(fā)生顯著劣化的部分置于入口側。具體而言，該重排有如下可能的方式。
在第一種重排方式中，對蜂窩催化劑進行重排以便將劣化部分置于氣流的下游側，從而使氣體供給方向反轉。下面參照圖4對這種方式進行描述。
如圖4所示，廢氣處理裝置10在裝置主體11中具有蜂窩催化劑1，并且工藝氣體導入管12與裝置主體11的一側相連而氣體排出管13與裝置主體的另一側相連。在圖4中，蜂窩催化劑1的部分A位于進口側，而其部分B位于出口側。部分A的預定范圍被認為是劣化部分X。對蜂窩催化劑1進行重排以便將劣化部分置于氣流的下游側(下文中將該重排稱為反轉重排)，從而使氣體供給方向反轉。在反轉重排中，將部分B置于入口側，而將部分A置于出口側。通過這種重排，用未發(fā)生明顯劣化并且位于入口側的部分B處理廢氣，由此顯著恢復催化劑的性能。
在上述方式中，可以將蜂窩催化劑1在裝置主體11中反轉?；蛘撸梢詫⑴c部分A側相連的工藝氣體導入管12和與部分B側相連的氣體排出管13相互交換，以便反轉工藝氣體的流動方向。不言而喻，兩種方式的效果等同。
在第二種重排方式中，垂直于氣流方向?qū)⒎涓C催化劑切成多個催化劑片段，并重排這些催化劑片段以便使劣化部分至少不位于最遠的上游側。
具體而言，在圖5中，部分A位于入口側，而部分B位于出口側。認為部分A的預定范圍是劣化部分X。在第二種方式中，將蜂窩催化劑1切成兩個催化劑片段1a和1b，并擺放該催化劑片段使劣化部分X不位于入口側。換言之，如圖5(a)所示，可以僅將包含劣化部分X的催化劑片段1a反轉以便將部分C置于入口側?；蛘?，如圖5(b)和5(c)所示，可以移動出口側的催化劑片段1b以便將其置于入口側。不言而喻，可以使用不同的其它重排方式。
值得注意的是，當重排切割催化劑片段時，可以有間隔或者無間隔的放置催化劑片段1a和1b。由于據(jù)認為工藝氣體會在位于下游側的催化劑片段1a或1b的入口側形成湍流，該催化劑片段的入口可以顯著涉及廢氣處理，從而與恢復前的性能相比可以提高廢氣處理性能。因此，盡管劣化部分X可以位于如圖5(b)所示的下游側催化劑片段1a的入口側，然而優(yōu)選將未劣化部分置于圖5(a)或(c)所示的下游側催化劑片段的入口側。
可以將蜂窩催化劑1切成三個或更多片段，并對這些片段進行重排。將催化劑切成等于或大于劣化部分X的預定長度片段時，可以獲得第二種模式的效果。將催化劑切成大于劣化部分X的長度片段的情形中，該長度優(yōu)選是劣化部分X長度的兩倍。在該情形中，也可以進行反轉重排以便再次使用。
在第三種模式中，去除劣化部分之后對蜂窩催化劑進行重排。
具體而言，在圖6中，部分A位于入口側，而部分B位于出口側。認為部分A的預定范圍是劣化部分X。在第三種模式中，將至少劣化部分X從蜂窩催化劑1中移出，由此形成催化劑1c，以非反轉或反轉狀態(tài)使用蜂窩催化劑1c。在該情形中，通過去除劣化部分使催化劑1c的長度縮短。然而，完全保持了廢氣處理性能，因為該性能通常由入口側部分的預定范圍所決定。相應的，當新的催化劑被進一步劣化時，可以通過切割去除劣化部分。
在第四種模式中，通過研磨去除蜂窩催化劑氣體導管的一部分側壁，該部分包括了劣化部分，然后對蜂窩催化劑進行重排。
具體而言，在圖7中，部分A位于入口側，而部分B位于出口側。認為部分A的預定范圍是劣化部分X。在第四種模式中，僅對劣化部分X通過例如向該部分噴丸研磨劑使其恢復，并對如此恢復的催化劑1進行重排?？梢允褂脠D7(a)或者圖7(b)所示的重排方式。然而，不言而喻，圖7(b)所示的反轉重排可以更有潛力地獲得充分的性能恢復。在第四種模式中，可以進行一種常規(guī)已知的研磨處理。常規(guī)上，可以沿縱向在整個長度上對蜂窩催化劑1的氣體導管進行研磨。然而依照本發(fā)明，僅對劣化部分X進行研磨，可以方便地進行該處理。
本發(fā)明的方法可以進一步包括清洗蜂窩催化劑。具體而言，在上述的第一種模式中，可以在清洗催化劑后將蜂窩催化劑1反轉。在第二種模式中，切割之后，可以對包含劣化部分X的催化劑片段1a進行清洗并重新使用。在第四中模式中，可以在研磨之前或之后進行清洗。優(yōu)選在研磨之后進行清洗。
對清洗的程序沒有具體限制。在清洗NOx去除催化劑，特別是清洗用在以煤炭為燃料的鍋爐的煙道氣NOx去除裝置的NOx去除催化劑時，優(yōu)選在環(huán)境溫度下將該催化劑浸入基本不含氯和清潔組分的再生水中，將催化劑從再生水中移出，并將殘留的水從催化劑中除去。例如可以將催化劑浸入再生水中直到停止冒泡。簡而言之，僅通過將該催化劑在環(huán)境溫度下浸入純凈水中可以充分恢復這種催化劑的催化性能，而且可以重復利用用過的再生水。另外，由于該再生水不含重金屬物質(zhì)，可以以相對簡單的方式進行水處理。因此，該清洗處理較為有利。
當本發(fā)明的方法用于其中沿氣流方向放置多級蜂窩催化劑層的廢氣處理裝置時，該恢復處理可用于各級的蜂窩催化劑。盡管可以對所有的蜂窩催化劑級段進行恢復處理，然而可以在檢查各級段的劣化狀態(tài)后，僅對劣化蜂窩催化劑級段進行恢復處理。
實施方案以熱電站中裝備的煙道氣NOx去除裝置作為實例，下面描述對該廢氣處理裝置應用本發(fā)明的方法。然而，應用實施方案的廢氣處理裝置不限于煙道氣NOx去除裝置。
如圖8所示，廢氣NOx去除裝置10A包括工藝氣體導入管12A和處理氣體導管13A。工藝氣體導入管12A與安裝在熱電站中的鍋爐單元相連，并且工藝氣體導入管在上游側與裝置主體11A相連。處理氣體導管13A在下游側與裝置主體11A相連。在具有廢氣導管110的裝置主體11A中，以預定間隔放置多個NOx去除催化劑層(該實施方案中有4層)14A至14D。擺放NOx去除催化劑層14A至14D以便使通過工藝氣體導入管12A引入的廢氣依次通過其中，使廢氣通過催化劑層并與之接觸降低廢氣中氮氧化物(NOx)的水平。值得注意的是，根據(jù)從鍋爐體中供給的廢氣量，向與鍋爐單元相連的工藝氣體導入管12A中注入一定量的NH3。
對NOx去除催化劑層14A至14D的類型、形狀等沒有具體地限制。通常，各催化劑由作為載體的TiO2和作為活性成分的V2O5組成。在這個實施方案中，使用蜂窩催化劑。
在本實施方案中，各催化劑層使用圓柱形蜂窩形式的催化劑，該催化劑具有多個沿縱向穿過通常為矩形-柱狀結構的氣體導管14a，并且將多個蜂窩催化劑并排組合，由此形成催化劑層14A至14D。各個NOx去除催化劑14的長度是860mm并且包括多個以7mm間距放置的氣體導管14a。每個催化劑14與圖1所示的蜂窩催化劑1對應。
兩個相鄰的NOx去除催化劑層14A至14D之間的層間距是大約2000mm，這對應于允許技術人員進行檢查或?qū)Υ呋瘎┻M行取樣的高度。各層間距作為公用的氣體導管19。
在各個NOx去除催化劑層14A至14D的入口側和出口側提供帶有氣體取樣裝置15A至15E的NOx去除催化劑管理單元20。氣體取樣裝置15A至15E與NOx濃度測量裝置16A至16E和NH3濃度測量裝置17A至17E相連。將通過測量裝置得到的數(shù)據(jù)傳送到NOx去除百分比確定裝置18以便計算NOx去除百分比和各NOx去除催化劑層14A至14D對NOx去除百分比的貢獻。
氣體取樣裝置15A至15E通過取樣管以需要的量并在需要的時間對待取樣氣體進行取樣，隨后將取樣氣體供入NOx濃度測量裝置16A至16E和NH3濃度測量裝置17A至17E。
對通過氣體取樣裝置15A至15E進行氣體取樣的時間沒有具體的限制。通常，在電站的正常工作過程中進行取樣，如果可能，優(yōu)選在氣體量達到最大值時的額定負載下進行取樣。取樣操作的間隔可以延長至約六個月，該間隔足以管理NOx去除催化劑層14A至14D的性能。然而，如果縮短該間隔，則可以提高管理的精度。因此，優(yōu)選例如每一個月至兩個月進行一次取樣。特別地，在位于下游側的催化劑層中，由于NH3濃度增加，所得數(shù)據(jù)的變化提高。因此，為了實現(xiàn)更好的管理和評估，優(yōu)選以短的間隔進行NH3濃度的測定，然后由平均的NH3濃度值計算NOx去除百分比。
NOx去除百分比測定裝置18由NOx濃度測量裝置16A至16E和NH3濃度測量裝置17A至17E收集測量數(shù)據(jù)，然后根據(jù)該測量數(shù)據(jù)計算NOx去除百分比以及各NOx去除催化劑層14A至14D對NOx去除百分比的貢獻。
根據(jù)NOx去除催化劑層14A至14D的入口摩爾比(即入口NH3/入口NOx)，由下式(4)確定基于NH3濃度的NOx去除百分比(η)η＝{(入口NH3-出口NH3)/(入口NH3-出口NH3+出口NOx)}×100×(評估摩爾比/入口摩爾比)(4)這里使用的術語“評估摩爾比”是指為了評價NOx去除催化劑預先確定的摩爾比。該評估摩爾比可以預定為任意值；例如0.8，這幾乎等于操作電站所典型使用的摩爾比。
在上述的廢氣處理裝置10A中，可以正確地確定四個NOx去除催化劑層14A至14D中的劣化催化劑層。因此可以對四個NOx去除催化劑層14A至14D中的劣化催化劑層進行前述的恢復處理。
通過性能測試機進行性能測試。根據(jù)該測試機對催化劑樣品尺寸的限制(即最大長度為600mm)，將待測試的NOx去除催化劑切成600mm的片段。
對照測試實施例使用裝備于實際熱電站中并在煙道氣NOx去除裝置(具有與圖8所示的廢氣處理裝置等同的結構)中使用的過程中劣化的NOx去除催化劑(總長度860mm)。從各NOx去除催化劑層(即對照試樣)的入口側切下一部分(長度600mm沿氣體流動方向)，并以相同方向裝入性能測試機。以0.54、0.72、0.87或0.98的摩爾比(即入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)和6m/s的流速供入測試氣體，根據(jù)前述式(4)利用NH3濃度確定NOx去除百分比(η)?！皩φ赵嚇印睂趫D4所示性能恢復之前的蜂窩催化劑1。即，該對照試樣未經(jīng)過任何性能恢復處理。
測試實施例1使用裝備于實際熱電站中并在煙道氣NOx去除裝置(具有與圖8所示的廢氣處理裝置等同的結構)中使用的過程中劣化的NOx去除催化劑(總長度860mm)。從各NOx去除催化劑層(即試樣1)的出口側切下一部分(長度600mm沿氣體流動方向)，并以相反方向裝入性能測試機。以0.57、0.73、0.87或0.98的摩爾比(即入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)供入測試氣體，根據(jù)前述式(4)利用NH3濃度確定NOx去除百分比(η)。術語“試樣1”對應于圖4所示性能恢復之后的蜂窩催化劑1。
測試實施例2使用裝備于實際熱電站中并在煙道氣NOx去除裝置(具有與圖8所示的廢氣處理裝置等同的結構)中使用的過程中劣化的NOx去除催化劑(總長度860mm)。從各NOx去除催化劑層(即試樣2)的出口側切下一部分(長度600mm沿氣體流動方向)，并以相同方向裝入性能測試機。以0.54、0.73、0.87或0.97的摩爾比(即入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)供入測試氣體，根據(jù)前述式(4)利用NH3濃度確定NOx去除百分比(η)。術語“試樣2”對應于圖6所示性能恢復之后的蜂窩催化劑1c。即，試樣2對應于去除裂化部分并以相同方向進行重排的蜂窩催化劑1c。
測試實施例3以類似于測試實施例1的方式，從各NOx去除催化劑層(即試樣3)的出口側切下一部分(長度600mm沿氣體流動方向)，并以相反方向裝入性能測試機。以0.54、0.72、0.89或0.99的摩爾比(即入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)供入測試氣體，根據(jù)前述式(4)利用NH3濃度確定NOx去除百分比(η)。清洗和摩爾比以外的條件與測試實施例1完全相同。術語“試樣3”在清洗性能方面與試樣1不同。
測試實施例1至3和對照測試實施例的測試結果如表1所示。除對照試樣以外，對新催化劑產(chǎn)品進行測試作為基準試樣。以0.56、0.76、0.94或1.12的摩爾比(即入口摩爾比＝入口NH3/入口NOx)供入測試氣體，以100mm的間隔在100至500mm范圍內(nèi)進行測量。通過最小平方法使用外推確定各摩爾比下的NOx去除百分比(η)。結果同樣如表1所示。
從表1可見，與未經(jīng)過性能恢復處理的對照測試實施例中所測試的NOx去除催化劑相比，測試實施例1-3中所測試的經(jīng)過性能恢復處理的NOx去除催化劑表現(xiàn)出更大的恢復后NOx去除百分比。發(fā)現(xiàn)測試實施例3中的NOx去除催化劑表現(xiàn)出幾乎恢復到新催化劑產(chǎn)品的NOx去除百分比。
表1

測試實施例4在以下條件下測定新催化劑產(chǎn)品以及對照測試實施例和測試實施例1-3的NOx去除催化劑的NOx去除百分比360℃下蜂窩結構中氣體流速為6m/s，催化劑長度(試樣長度)為600mm，SV9900L/h，AV23.3m3N/m2，摩爾比為0.82，且氣體溫度為360℃。依照下式(5)由得到的NOx去除百分比計算性能恢復百分比。表2和圖9給出該結果。
與測試實施例3類似，通過外推計算新催化劑產(chǎn)品的性能恢復百分比。除新產(chǎn)品的600mm試樣以外，計算其500mm試樣的性能恢復百分比。
性能恢復百分比(％)＝[(恢復催化劑的NOx去除百分比)-(用舊(劣化)催化劑的NOx去除百分比)]/[(新催化劑產(chǎn)品的NOx去除百分比)-(用舊(劣化)催化劑的NOx去除百分比)] (5)在氣流方向長度為600mm的測試實施例3的催化劑片段，該片段切自NOx去除催化劑的出口側，對其進行清洗，并以相反方向放入性能測試機中，發(fā)現(xiàn)該片段表現(xiàn)出優(yōu)異的性能恢復百分比。
表2

測試實施例5以0.6、0.8、1.0和1.2的摩爾比測定單位長度對照實施例試樣的反應NOx量。在沿縱向間隔100mm的點處進行測試。表3和圖10給出該結果。由催化劑制造商公布的數(shù)據(jù)計算600mm或更長的點處確定的數(shù)據(jù)。
從圖10可見，兩條近似直線在300mm至400mm的催化劑長度范圍內(nèi)的點相交。因此，認為氣體擴散和NH3吸附大致在這個范圍內(nèi)同時發(fā)生。圖10還顯示反應NOx的量在400mm或更長的催化劑范圍內(nèi)顯著減少。因此，認為在這個范圍內(nèi)只發(fā)生氣體擴散。
表3

工業(yè)應用性本發(fā)明可以用于任何具有蜂窩結構且活性流體從其中通過的催化劑，特別是用于其中活性流體包含抑制催化反應的物質(zhì)的情形。
權利要求
1.恢復廢氣處理裝置性能的方法，該裝置包括具有用于供給待處理氣體的氣體導管的蜂窩催化劑，該催化劑提供在該裝置的廢氣導管中，并且使用時在氣體導管的側壁上進行氣體處理，其特征在于該方法包括重排蜂窩催化劑，以便使蜂窩催化劑的劣化部分從廢氣導管的入口側移開，其中劣化部分相對于待處理氣流位于上游側，并且延伸包括蜂窩催化劑的預定范圍。
2.依照權利要求1恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中重排蜂窩催化劑以便將劣化部分置于相對于氣流的下游側，從而使氣體供給方向反轉。
3.依照權利要求1或2的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中垂直于氣流方向?qū)⒎涓C催化劑切成多個催化劑片段，并重排這些催化劑片段使劣化部分至少不位于最遠上游側。
4.依照權利要求1至3任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中在去除劣化部分之后，重排蜂窩催化劑。
5.依照權利要求1至3任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中通過研磨去除蜂窩催化劑氣體導管的部分側壁，該部分包括劣化部分，并然后重排該蜂窩催化劑。
6.依照權利要求1至5任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中的預定范圍對應于從入口至供入氣體導管的氣流被調(diào)整和矯直處的范圍。
7.依照權利要求1至6任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中用式(A)表示范圍Lb(mm)Lb＝a(Ly/Lys·22e0.035(Ly·Uin))(A)(其中Uins(m/s)代表氣體流入速率，Ly(mm)代表孔徑尺寸，Lys是6mm的孔徑尺寸(恒定值)，并且當孔徑尺寸(Ly)為6mm且氣體流入速率為6m/s時，“a”是3-5范圍內(nèi)的常數(shù))。
8.依照權利要求1至7任何一個的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中該蜂窩催化劑是煙道氣NOx去除催化劑。
9.依照權利要求8的恢復廢氣處理裝置性能的方法，其中在環(huán)境溫度下將蜂窩催化劑浸入基本不含氯和清潔組分的再生水中，將催化劑從再生水中移開，并將殘留水從催化劑中除去。
全文摘要
恢復廢氣處理裝置性能的方法，該方法包括將具有待處理氣體流動路徑的蜂窩催化劑(1)置于廢氣處理裝置(10)中的廢氣通路中，利用該催化劑進行廢氣處理，隨后重排蜂窩催化劑(1)，使得蜂窩催化劑(1)在待處理氣體流動方向上游側包含預定范圍的部分，將上述部分從待處理氣體的入口側移開。該方法可以恢復劣化脫硝催化劑的脫硝能力，而無需調(diào)換催化劑或者無需使用另外的催化劑。
文檔編號B01D53/94GK1886185SQ200380110970
公開日2006年12月27日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權日2003年12月11日
發(fā)明者島田裕, 岡洋祐 申請人:中國電力株式會社