[发明专利]进行焦炉烟道气的选择性催化还原的方法

说明书

本发明涉及在低温下对焦炉烟道气进行选择性催化还原(SCR)的方法，其中使用焦炉煤气(COG)作为还原剂，将其混合到烟道气中，并使用SCR催化剂。所使用的SCR催化剂可以是催化过滤袋或催化陶瓷过滤烛的形式，以同时去除颗粒和相关的催化剂毒物以及NOx和残余的氢和烃。

技术领域

本发明涉及一种用于在低温下进行焦炉烟道气的选择性催化还原(SCR)的方法。

背景技术

SCR系统使用催化剂来促进烟道气NOx与还原剂之间的反应，所述还原剂通常为氨，其被注入到烟道气流中。用于该目的的催化剂选择性地将NOx转化为氮气和水，从而将NOx排放减少高达97％。

SCR是氮氧化物(NO和NO₂)与氨的催化反应，以根据反应方案形成单质氮和水

4NO+4NH₃+O₂-4N₂+6H₂O

NO+NO₂+2NH₃-2N₂+3H₂O

6NO₃+8NH₃-7N₂+12H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂-3N₂+6H₂O

前两个反应是主要的反应，其中每转化一摩尔的NOx消耗一摩尔氨。后两个反应发生在气体中，其中大部分的NOx以NO₂存在。为了在250-450℃范围内的温度下进行反应，使用催化剂。最常见的SCR催化剂类型是基于TiO₂载体上的V₂O₅催化剂。

焦炉(coke oven)设备在NOx排放方面面临着越来越严格的法规，特别是在迄今为止是焦炭生产最大市场的中国。

在炼焦厂中，焦炭在焦炉中由煤来生产。在此，通过加热到900至1400℃的温度将煤中的挥发性成分热解，然后释放和提取。这形成焦炭，其基本上由碳和含有挥发性成分的废气组成，并且被称为炼焦厂气(coking plant gas)。在无氧的条件下在焦炉中进行热解。这原则上是间歇过程，并且释放的炼焦厂废气的组成波动。然而，由于总是操作多个焦炭收集器，所以平均气体组成仅经历小的波动。因此，所形成的炼焦厂气含有H₂(约55％)、N₂、CO₂、硫和高级烃。

焦炉气(COG)是焦炭制造过程的副产物。COG由各种气体的复杂混合物组成。其组成通常由55％H₂、6％CO、25％CH₄(甲烷)加上小百分比的CO₂(二氧化碳)、H₂O(水分)、重质焦油、挥发性烃和硫杂质组成。它还含有一些N₂(氮)。焦炉气中的高级烃、焦油和芳族化合物通常通过一系列冷却、冷凝和分离步骤从气流中提取。这种液体副产物是市售的，并且被称为焦炉焦油(coke oven tars)，其在全世界范围内交易。COG通常表示来自这一系列该焦油提取处理步骤的剩余气体，并且通常用作炼钢厂内各种加热应用的燃料气体，并且过剩的COG用于产生蒸汽或电力，或者将其燃烧。使用COG生产直接还原铁(DRI)一直是令人感兴趣的，但是挑战是将甲烷转化为CO和H₂以及清除焦油和挥发性烃。

通过燃烧COG的再生燃烧器提供用于焦炉熔炉(coke oven furnace)的热量。