[发明专利]一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法

说明书

本发明涉及一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法，该系统集氨脱除催化剂模块、氨氧化催化剂模块和选择性催化还原催化剂模块于一体，控制氨脱除、氨氧化和选择性催化还原反应的温度、空速比和气体流速，对高浓度氨废气进行处理时，效率高，尾气排放可以满足国家相应标准，同时，不涉及洗涤操作进行处理高浓度氨废气，不受气液平衡(VLE)的限制，也不会产生任何废水，无二次固废产生。

技术领域

本发明属于尾气处理设备技术领域，具体涉及一种降低尾气氨排放的集成式催化转化系统及其方法。

背景技术

氨逃逸是多种工业过程中遇到的共性问题，例如氨气洗涤塔、氨基CO₂捕获和用于半导体工业的碱式碳酸铜生成过程，其中氨作为反应物、反应产物或污染物出现。逃逸氨的浓度可以从几个ppmv到若干百分率之间不等。

鉴于NH₃是一种低嗅阈值的刺激性恶臭气体，实测嗅阈值为0.03–43mg/Nm³，因此在选择和设计烟气净化系统时，必须考虑氨逃逸的环境和健康效应。

氨的转化可以通过三种不同途径来实现：

一是在催化剂存在条件下进行氨还原或氨分解反应(R1):

2NH₃＝N₂+3H₂,

ΔH₂₉₈＝109.0kJ/mol (R1)

该反应是强烈吸热的，需在高温下才能达到较高转化率。所用催化剂称为氨分解催化剂。

另一种途径是在温和氧化性气氛中，并有催化剂存在的条件下，进行氨脱除反应(R2):

4NH₃+3O₂＝2N₂+6H₂O,

ΔH₂₉₈＝–1269.0kJ/mol (R2)

该反应是强烈放热反应，因此从热力学角度它要求的温度较低，但为了克服反应动力学限制，需要使用催化剂。用于这一反应的催化剂通称为氨脱除催化剂，其活性成分一般是过渡金属氧化物。

第三种途径是，在更强的氧化性气氛中，例如在硝酸生产过程中，氨会在催化剂存在时被进一步氧化：

4NH₃+5O₂＝4NO+6H₂O,

ΔH₂₉₈＝–907.3kJ/mol (R3)

现有氨氧化催化剂中，较常用的是铂基和钴基(活性成分为Co₃O₄)催化剂。

为了减少氨逃逸，最优选的反应是(R2)。但是，该反应对最希望的产物(即N₂)的选择性受到反应(R3)的影响，甚至会受到更不希望出现的如下反应的影响：

4NH₃+4O₂＝2N₂O+6H₂O,

ΔH₂₉₈＝–1104.9kJ/mol (R4)

在各种烟气系统中，温度和氧浓度的变化范围很广，因此上述副反应和副产物在真实应用中几乎无可避免。因此，可靠的脱氨系统和方法必须考虑这些副反应，并能有效地克服它们的不利影响。

解决从选择性催化还原(SCR)过程中的氨逃逸问题的现有技术中，通常会采用一种氨逃逸催化剂(亦称氨脱除催化剂、氨清除催化剂)。然而，这种装置不是针对高浓度(100ppmv)氨逃逸设计的。