[发明专利]通过再生性的选择性催化还原从烟气中脱除物质的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年1月16日提交的美国专利申请序列No.12/355,231的优先权，美国专利申请序列No.12/355,231要求于2008年5月27日提交的美国临时申请序列No.61/056,310的优先权，并且美国临时申请序列No.61/056,310是2007年11月12日提交的美国专利申请序列No.11/938,665(现为美国专利No.7,494,625)的部分连续申请，美国专利申请序列No.11/938,665是2004年9月30日提交的美国专利申请序列No.10/957,499(现为美国专利No.7,294,321)的连续申请，所有以上所列专利文献的内容均以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及从烟气中脱除物质的系统和方法，更具体地说，本发明涉及通过再生性的选择性催化还原(RSCR)而进行烟气脱氮(即，从烟气中脱除氮氧化物)的系统和方法。

背景技术

高温燃烧方法和其他类似技术在工业上发挥着至关重要的作用，但是这类方法经常有不可取的副作用，即，产生并向大气中释放包含于排出烟气中的污染物。这些污染物中众所周知的最不利的是氮氧化物(在下文中称其为“NO_x”)，EPA将氮氧化物归类为污染物，而且氮氧化物的排放与烟雾和所谓的酸雨有关。因此，在工业中，有一个共同目标就是将排出的烟气中的诸如NO_x之类的污染物量降低到可接受水平。

多年来，减少NO_x排放的一种常用技术是调节燃烧方法本身，例如，通过烟气再循环。但是这些技术通常产生的结果很差(即，NO_x脱除效率小于等于50％)，鉴于此，最近各种烟气脱氮方法(即，用于在烟气释放入大气中之前从烟气中脱除氮的方法)更受关注。

烟气脱氮方法分为利用吸收技术的所谓“湿式”方法和依赖于吸附技术、催化分解和/或催化还原反应的“干式”方法。当前，一种广泛实施的脱氮方法是选择性催化还原法(SCR)，该方法是一种“干式”脱氮方法，通过该方法引入反应物(例如，NH₃)引起NO_x发生还原反应，使得NO_x又转变为无害的反应产物(例如，氮气和水)。SCR方法中的还原工艺由以下化学反应代表：

4NO+4NH₃+O₂---->4N₂+6H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂---->3N₂+6H₂O

由于在SCR中所涉及的技术，在决定进行SCR方法所用的设备的物理位置时具有一定的灵活性。换句话说，SCR方法的化学反应不需要在整个燃烧系统的某个特定场所或位置发生。两个最普通的摆放位置是在整个系统的中间(即在“热侧”上)，或在整个系统的所谓“尾端”(即在“冷侧”上)。

不幸的是，在关于热侧和冷测SCR安装的工业装配中都遇到了重大问题。例如，热侧SCR方法与燃木燃烧器结合使用时并不是最优的。这是因为存在于木头中的灰烬含有碱金属，该碱金属会由于SCR方法中气体单向流动而对催化剂造成损害。冷侧SCR方法避免了这个缺点，但是由于其依赖于间接换热器而受到热效率低的困扰。

因此，需要这样一种选择性催化还原方法，该方法能够很容易地实施于现有的工业操作中，而且该方法在有效地从烟气中移除NO_x的同时，达到了高热效率，并把与安装和/或操作相关的大量费用降至最低。

发明内容

通过提供通过再生性的选择性催化还原(RSCR)而从烟气中脱除物质的系统和方法，本发明满足了这个需要以及其他需要。这些系统和方法有利地实现了高移除效率，而它们既不需要耗费成本的设计变更来实现，也不会在进行时遇到不可接受的低热效率。

本发明的RSCR方法围绕RSCR设备，该RSCR设备可以位于产生诸如NO_x之类的污染物的较大规模设备的“热侧”或“冷侧”(即尾端)。该RSCR设备包含多个腔室，各腔室通常包括一个或多个导热区和一个或多个催化剂区。该RSCR设备也包含空余空间区域(例如，顶部空间区)，在该区域中气体在导热区和催化剂区来回流动。