[发明专利]保护SCR催化剂的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于锅炉、加热器、窑炉或者其他产生烟气或者燃烧气体的装置(如，位于发电厂、加工厂等的那些设备)的排放控制设备领域，更具体地，本发明涉及用于防止SCR催化剂堵塞、阻断和/或污染的新颖有效的方法和设备。在另一个实施方式中，本发明的方法和设备设计用来防止SCR催化剂因为燃烧期间产生的大颗粒粉灰而发生堵塞和/或阻断。

背景技术

NOx表示在燃烧过程中产生的以下物质的总体累积的排放物：一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)和痕量其他氮氧化物。任何化石燃料的燃烧都会产生一定量的NOx，这是由于高温以及来自空气和燃料的氧和氮形成的。可以采用低NO_x燃烧技术以及燃烧后技术来控制NO_x排放物。一种这样的燃烧后技术包括选择性催化还原，这种技术使用通常称作选择性催化反应器或简称SCR的设备。

SCR技术在世界范围内被用来控制燃烧源排放的NO_x排放物。早在二十世纪七十年代晚期的日本、二十世纪八十年代晚期的德国、以及二十世纪九十年代的美国，该技术已经被广泛用于对电站锅炉排放的NO_x进行控制。SCR系统的功能是使NOx与氨(NH₃)和氧反应，形成分子氮和水。人们设计的工业规模的SCR原则上在500-900℉的温度范围内操作，但是通常温度范围为550-750℉。人们通常将SCR设计成能够在最大程度可允许的氨逸出情况下满足特定的NO_x减少效率。氨逸出表示离开SCR的未反应氨的浓度，单位为体积ppm。

关于在工业和发电工业中所采用的NO_x去除技术的进一步细节，读者们可参见《蒸汽：其产生和应用(Steam：its generation and use)》，第41版，Kitto和Stultz编纂，版权2005，美国俄亥俄州巴比顿市的拜德考克和威尔考克斯公司(The Babcock & Wilcox Company，Barberton，Ohio，U.S.A.)，具体参见第34章，-氮氧化物的控制，其内容参考结合入本文中，相当于全文列于本文。

EPA发布的规定(2005年3月)承诺要提高装有SCR的电站锅炉的比例。通常希望设计的SCR获得约90％的最高效率。该限制不是由SCR达到更高水平的NO_x破坏能力的理论极限所限定的。相反地，该极限是为了防止过高的氨逸出量而确定的实际极限。以下对该问题进行解释。

在SCR中，根据以下化学计量反应(a)到(c)，发生氨与NO_x的反应：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O(a)

12NO₂+12NH₃→12N₂+18H₂O+3O₂(b)

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O(c)

以上催化反应使用合适的催化剂进行。例如在Chu等人的美国专利第5,540,897；5,567,394和5,585,081号中对合适的催化剂进行了讨论，所有这些专利都结合入本文中，相当于全文引入本文中。催化剂配方通常属于以下三类中的一种：贱金属、沸石和贵金属。

贱金属催化剂使用氧化钛与少量的钒、钼、钨、或者若干其它活性化学试剂的组合。贱金属催化剂具有选择性，在特定温度范围内进行操作。贱金属催化剂的主要缺点在于容易将SO₂氧化为SO₃；氧化的程度基于催化剂化学配方变化。所形成的一定量的SO₃会与携带的氨反应，形成各种硫酸铵盐。

沸石催化剂是能够起到与贱金属催化剂相似的功能的铝硅酸盐材料。沸石催化剂的一个潜在的优点是具有大约970℉(521℃)的较高的操作温度。这些催化剂也能将SO₂氧化为SO₃，但必须与烟气条件小心地匹配。