[发明专利]用于除掉气流中污染物的材料

说明书

本发明涉及减少空气中的气体污染物，即氮的氧化物(NO_X)、硫的氧化物和/或一氧化碳(CO)的方法，这些污染物是由烃类或氢在发动机或锅炉中以及主要地在燃气轮机中燃烧生成的。本发明还涉及进行此方法的装置和制造反应器/催化剂吸收剂的方法。

汽轮机发电厂正在成为产生电力的标准方法，因为与任何其它的电力生产形式相比，它的效率更高。为城市居民及生产设施供应电力的燃烧甲烷的汽轮机发电厂，也产生作为污染物的一氧化碳和氮的氧化物。非常需要减少或消除这些污染物，以便使空气不致因电力生产而被污染。

最初，发电厂污染的允许水平对于包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)在内的氮的氧化物(NO_X)是小于100ppm，对于一氧化碳(CO)是小于100ppm。后来，采取了第二个步骤将NO_X减小到少于25ppm，CO现在仍允许为小于100ppm的任何数量。采用现代的技术，NO_X的排出浓度可以减小到5-9ppm，外加由于下述的选择性催化还原(SCR)技术而产生的NH₃的逃逸。

现今能达到5-9ppmNO_X浓度的仅有的技术称作选择性催化还原，其中将氨与烟道气混合，然后从催化剂上面经过，该催化剂选择性地使氮的氧化物与氨结合，从而消除了大部分NO_X。这种选择性催化还原的一个问题是实际上它只能将NO_X减少到5-9ppm。另一问题称为逃逸，是由于有害的氨穿过催化剂造成的。

SCR技术的又一问题是，它所要求的操作条件只有将下游的锅炉或热交换系统进行昂贵的改造才能达到。

还曾经提出过其它的减少污染的方法，例如在燃烧室内浇大量的水，这些方法也有可能减少NO_X污染，但是其中没有一个能将NO_X减少到大大小于5-9ppm的水平。

在一项由本申请受让人拥有的共同未决的申请中，介绍了一种主要包括两步法的系统。在第一步中，烟道气先与催化剂在引起包括NO和CO在内的某些氧化物污染质氧化的一定条件下接触。在第二步中，氧化过的污染质在吸收床内被吸收。

最好是将氧化和吸收步骤结合成由单独一种材料完成的一个步骤。

本发明能减少燃烃发动机的排放污染物，特别是燃气轮机的污染物，包括氮的氧化物、一氧化碳和硫的氧化物。正如后面所详细说明的，本发明包括一种新的催化剂吸收剂和制造该吸收剂的方法，能减少空气污染物的新方法和装置，以及制造该装置的方法。

在发电厂烟道中的汽轮机污染物主要以NO的形式存在。本发明的方法使NO氧化成NO₂。这就使基本上所有的氮的氧化物(NO)都成为NO₂。NO₂是活泼得多的物质，即使从ppm量级的低浓度存在时，也能够并且容易被催化吸收剂从气流中吸收。

汽轮机废气在已经从中抽取了轴能之后最初约为1000°F。然后令这些气体自热交换器上流过以便去除能量和产生蒸汽，同时将废气或烟道气冷却。烟道气以高速运动，其速度与烟道直径有关，在除掉了热量之后，烟道气通常为250-500°F，速度为30-50英尺/秒。该气体中含13-15％氧、最高约12％的水和约4％的CO₂。此外还有污染物，当燃料是天然气时，污染物是由约90％NO和10％NO₂混合成的NO_X、浓度为30-200ppm的CO和0.2-2.0ppm的二氧化硫(SO₂)。

本发明涉及用于从烟道气中除掉氮的氧化物、一氧化碳和硫的氧化物的一种一步/单元件方法和装置。使用组合的催化剂/吸收剂，氮的氧化物被氧化成二氧化氮；一氧化碳被氧化成二氧化碳，二氧化硫(SO₂)被氧化成三氧化硫(SO₃)。氧化在150°-425°F的温度下发生，优选175°-400°F，最好是200°-365°F。废气的空间速度可以是5000-50000/hr^-1，优选10000-20000hr^-1，但是预料可以在更大的空间流速下进行有效的操作而不会使排出气的质量不利地降低。这里所用的空间速度一词是指每小时每单位体积催化剂流过的体积单位。