[发明专利]用于催化氧化反应中的温度控制的方法和系统

说明书

本发明涉及一种方法和系统，其通过注入吸附性氨试剂而用于有害化合物的催化氧化中的温度控制，以保护催化体系免受热过载，从而减少由于氧化引起的放热反应和由此引起的升温。

一氧化碳和包含有害空气污染物(HAP)如芳烃和多环芳烃的挥发性有机化合物(VOC)通常包含在来自煤和石油燃烧以及城市垃圾焚烧过程中的一些工业工艺气体和烟道气中。

上述燃烧废气和来自工业过程例如水泥、玻璃和钢的生产的废气通常还含有颗粒状物质和氮氧化物。

为了简单起见，在下面的说明书和权利要求书中将工业工艺气体和燃烧废气定义为“废气(off-gas)”或“多种废气(off-gases)”。

通过催化氧化来清洁废气的一个问题是，废气中可氧化的化合物的量和/或这些化合物的浓度峰值在很大范围内变化。

可氧化化合物(如一氧化碳和VOC)的催化氧化是放热过程，其中由于氧化反应而释放热量。释放的热量显然取决于这些化合物的浓度。

例如，一氧化碳氧化为二氧化碳的贡献为空气中每1000ppm大约9℃。在空气中CO浓度突然出现峰值例如1体积％的情况下，温度将增加大约94℃，这能够使氧化催化剂或载体基底热失活。

用于从工业废气中除去一氧化碳和VOC的氧化催化剂常常是基于钒氧化物和二氧化钛的催化剂，任选地用贵金属(如钯)促进。在由废气中过量CO和VOC的放热氧化造成的高温下，存在钒氧化物热分解和不期望的二氧化钛烧结的风险。

织物过滤器通常用于从来自工业过程和燃烧过程产生的烟道气中去除颗粒状物质。

这些过滤器用织造或者非织造织物纤维材料制造，提供用于捕获细微颗粒状物质的多孔过滤介质。

此外，通过用催化材料浸渍，可以将过滤器升级为催化的织物过滤器，用于除去气体组分，如一氧化碳、VOC和氮氧化物。

形式为例如过滤袋的催化的织物过滤器可以在许多工业中用于从废气中去除颗粒状物质和CO以及VOC。可以由包含天然纤维、合成纤维或其他纤维(例如玻璃纤维、陶瓷或金属纤维)的各种织造、非织造或毡合材料或其混合物制成过滤器。

由于构成过滤器和过滤膜的纤维的组成，它们通常在低于260℃的温度下操作，通常的温度操作窗口为200至250℃。

更高的温度会导致织物基底材料或过滤膜的不可逆的热损伤。

我们已经观察到，当使用对氨敏感的氧化催化剂时，可以通过在催化剂上游向废气添加氨来控制包含氧化催化剂的催化基底的温度。

根据这一观察，本发明的第一方面涉及一种用于来自废气的包含一氧化碳和挥发性有机化合物的有害化合物的催化氧化中的温度控制的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供催化基底，该催化基底具有对氨吸附敏感的氧化催化剂；

b)在催化基底上游的位置处连续监测和测量一氧化碳和挥发性有机化合物的含量，和/或在催化基底下游连续监测和测量废气的温度；

c)通过与步骤a)的催化基底接触来氧化废气中的一氧化碳和挥发性有机化合物；

d)当一氧化碳和/或挥发性有机化合物的含量超过预定的阈值或与催化基底接触之后废气的温度已达到预定的阈值时，在催化基底上游的位置处将氨或尿素添加到废气中，使得氨被吸附在氧化催化剂上；和

e)当一氧化碳和/或挥发性有机化合物的含量低于预定的阈值或与催化基底接触之后废气中的催化基底的温度低于预定的阈值时，中断氨或尿素的注入。

以下描述中公开了本发明的优选特征。

在CO和VOC的浓度超过通过例如布置在催化基底的上游的FTIR分析仪所测量的预定值的情况下，以使氨与氮氧化物的摩尔比(氨NOx比，ANR)超过1(ANR>1)的浓度在靠近基底的入口处注入氨。

氨的量足以抑制例如CO在1ppmv至5vol％(ANR>1)的浓度下的氧化活性。

除了一氧化碳和VOC之外，废气通常还含有氮氧化物(NOx)，其浓度必须根据当地的法律进行降低。用还具有选择性催化还原(SCR)活性的氧化催化剂在氨的存在下来减少NOx。

当废气还含有NOx时，必须在含有过量CO和VOC的气体中将氨以导致氨与NOx的摩尔比(ANR)大于1的量加入到废气中。

催化基底可以是任何已知的催化剂形状，包括整料形状。

如上文所述，工艺废气通常含有颗粒状物质，当形成过滤器形式的催化基底时，可以有效地保留颗粒状物质。

优选地，用于本发明的催化基底包括织造或非织造纤维、特别是陶瓷纤维、玻璃纤维和/或可生物降解和/或生物可溶的纤维。