用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备及测试方法与流程

1.本发明属于催化剂催化性能测试技术领域，特别涉及用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备及测试方法。


背景技术：

2.进入21世纪，我国对大气环境保护工作尤为重视，大气污染控制领域也涌现出一些新技术、新工艺、新标准，目标控制污染物也从常规的颗粒物、so2、no
x
扩展到co、vocs和o3。2019年生态环境部发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，明确要求烧结机机头的颗粒物、so2、no
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排放量满足超度排放(10、35、50mg/m3)。现存烧结烟气大部分采用电除尘串联湿法脱硫装置的成熟工艺，而湿法脱硫装置末端需要加热装置，以提高烟气温度满足scr脱硝要求(160-400℃)。加热装置占地面积大、能耗高、建造费用贵，导致整套烟气脱硫脱硝系统繁琐，且容易产生安全事故，影响烧结机正常作业，降低钢厂效益。
3.针对以上问题，现有技术提出在湿法脱硫装置与scr之间加入co低温催化床，将烟气中的co催化燃烧，以降低加热装置负荷。烧结烟气中的co含量可高达5000-10000ppm，低温催化一氧化碳产生的热量能使烟气温度提升20-75℃。催化氧化法具有高效、直接、廉价等优势特点，是未来烧结烟气乃至工业烟气净化的主要趋势。
4.目前，随着co净化技术的发展，co催化剂的高效研发，市场上已经出现参差不齐的高效co催化剂，但缺少现场检测co催化剂催化性能的设备。现有技术中，主要针对于实验室配气检测co催化剂性能，而传统烧结烟气乃至工业烟气具有成分复杂、流量不稳、含量波动大等特点，导致实验室与现场的测评结果相差较大，无法准确判断co催化剂是否适用于用户工厂的烟气净化需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于为一氧化碳催化剂设计一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备，提供一种操作便捷、智能控制、连接方便、现场高效评测的测试设备；该设备具有操作简单、控温准确、风速可调等优点，可以在不同工况下测试催化剂的性能，满足工业锅炉、窑炉、车辆、船舶等现场测试要求。对于钢厂而言，小型co催化剂性能检测设备无疑是验证催化剂性能的重要手段，极大的提高了整个工程的正确性、准确性，降低因催化剂催化性能差而导致工程失败的可能性；本发明测试装置移动和安装方便快捷，可以进行现场实地测试，满足工业大流量高湿低温烟气的测试需求，实现更快速的催化剂筛选。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.本发明提出一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备，所述撬装设备包括：烟气管道、过滤器、风机、空空换热器、空气电加热器、催化床、烟气co浓度分析仪和温度控制装置；
8.所述过滤器一端与烟气管道出口连接，另一端与所述空空换热器连接；所述过滤器用于过滤大颗粒污染物，延长设备使用寿命；
9.所述空空换热器分别与所述空气电加热器、催化床和风机连接；
10.所述温度控制装置分别与所述与空气电加热器、风机和催化床连接；
11.所述烟气co浓度分析仪分别与所述空空换热器和催化床连接；
12.所述风机与所述烟气管道入口连接；
13.烟气经过过滤器和流量计，进入空空换热器与已催化的高温烟气进行换热，再被电加热器加热至催化温度，进入催化床进行催化氧化反应，已催化烟气一部分进入烟气co浓度分析仪进行浓度检测；另一部分通入空空换热器给未催化烟气传递热量后被风机送入烟气管道。
14.利用电加热器将空气温度升高至催化剂催化co的催化温度，采用烟气co浓度分析仪准确记录烟气催化前和催化后的co浓度，最终通过计算co催化效率来判断催化剂性能强弱。
15.进一步地，所述催化床包括催化床气体入口、催化床壳体、催化剂、催化剂更换门、催化床气体出口和催化床出入口温度探头；
16.所述催化床气体出口分别与所述烟气co浓度分析仪、空空换热器和空气电加热器出口连接；
17.所述催化床气体入口与所述空气电加热器出口连接；
18.所述催化剂设置在所述催化床壳体内部；
19.所述催化剂更换门设置在所述催化床壳体上，用于更换所述催化剂；
20.所述催化床出入口温度探头通过电线与温度控制装置连接，用于控制催化床催化温度。
21.进一步地，所述撬装设备还包括流量计，所述流量计显示气体流量，以计算催化剂的工作空速，并通过与阀门结合控制管道流速；
22.所述流量计设置在所述过滤器和空空换热器之间。
23.进一步地，所述空空换热器包括芯体、一次气体入口、一次气体出口、二次气体入口和二次气体出口；
24.所述芯体包含两个气体通道；
25.所述一次气体入口与所述流量计连接，一次气体出口与空气电加热器进口连接；
26.所述二次气体入口与催化床气体出口连接，二次气体出口与所述风机连接。
27.进一步地，所述两个气体通道包括一次气体通道和二次气体通道；
28.所述一次气体通道和二次气体通道气体互不相容，由金属铝相隔开；
29.通常所述二次气体通道中气体的温度较高，为所述一次气体通道中的气体传递热量，加热所述一次气体通道中的气体；优选的空空换热器芯体为最高耐温400℃。
30.进一步地，所述一次气体入口与烟气管道相连接，两者之间设置所述过滤器和流量计。
31.进一步地，所述催化床气体出口与所述空空换热器二次气体入口出口连接。
32.进一步地，所述催化剂为蜂窝体负载整体式催化剂，其孔隙率达到0.50-0.56。
33.进一步地，所述催化床壳体可采用金属碳钢材质或不锈钢，壳体与催化剂之间填充了耐高温保温棉，减小催化床壳体热损失，容易维持催化剂高温催化。
34.进一步地，所述空气电加热器包括加热器壳体、电加热棒、加热器进口、加热器底
座、加热器出口、加热器中间温度探头、加热器出口温度探头；
35.所述电加热棒设置在所述加热器壳体内部；
36.所述加热器中间温度探头设置在所述加热器壳体外中间位置。
37.进一步地，所述加热器壳体材质可采用金属碳钢材质或不锈钢，壳体与电加热棒有一层保温棉，可以降低壳体散热，有效保护本设备内仪器，延长设备使用时间。
38.进一步地，所述电加热棒个数为3根或4根，总功率为3kw～5kw；电加热棒与温度控制装置通过电线连接；电加热棒开启根数由温度控制装置决定，应对不同催化温度的需求。
39.进一步地，所述加热器底座材料为金属碳钢材质或不锈钢，起到支撑空气电加热器的作用，减弱风机振动引起的晃动。
40.进一步地，所述加热器出口分为两路，一路连接催化床入口，另一路连接催化床出口和烟气co浓度分析仪，两条管路分别装有阀门控制气流方向。
41.进一步地，所述加热器入口与空空换热器一次气体出口相连接，可以进一步提高进入电加热器的空气温度，降低加热棒的加热功率，降低设备能耗。
42.进一步地，所述流量计采用5～50m3/h流量范围的不锈钢玻璃转子流量计，最高流体温度为350℃。
43.进一步地，所述一次气体出口与空气电加热器加热器进口通过管道连接；
44.所述二次气体出口与风机通过管道连接。
45.进一步地，所述温度控制装置通过电线与加热器出口温度探头、加热器中间温度探头、催化床入口温度探头、催化床出口温度探头相连接，温度信号变换成电信号，通过单片机或plc电路控制控制继电器启动电加热棒，对催化床入口温度进行控制，以满足催化剂不同温度下的催化性能测试。
46.进一步地，所述烟气管道可选用脱硫后或脱销后的烟气，采用脱销后的烟气可以测试催化剂的抗硫性能。
47.进一步地，所述烟气co浓度分析仪采用紫外差分吸收法对co浓度进行测量。
48.进一步地，所述撬装设备还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；
49.所述第一阀门设置在所述空气电加热器出口和所述催化床气体入口之间；
50.所述第二阀门设置在所述空气电加热器出口和所述催化床气体出口之间；
51.所述第三阀门设置在所述烟气co浓度分析仪入口；
52.所述第四阀门设置在所述风机和烟气管道入口之间。
53.本发明的另一目的在于提供一种一氧化碳催化剂催化性能测试方法，所述方法采用上述所述撬装设备；所述方法包括以下步骤：
54.s1.烟气co浓度分析仪矫正及加热：打开分析仪总开关，打开分析仪加热开关，预热约40分钟；预热完成后观测分析仪示数显示是否准确，以氧气浓度21％为基准；
55.s2.催化床预热；打开电加热器开关，待加热中间温度探头示数为180～200℃，打开第一阀门、第三阀门和第四阀门，关闭第二阀门，打开风机，设置催化床入口温度为200～250℃，使得气体温度达到催化剂催化温度；
56.s3.装置漏气检测；观测烟气co浓度分析仪的示数，进出口氧气浓度均低于16.0％，且出口氧浓度应小于入口，两者相差》1.0％；
57.s4.测试催化前后烟气co浓度：催化床预热达到后，通过第四阀门控制烟气流量(5
～20m3/h)，间断测试催化前后烟气co浓度；
58.打开第二阀门、第三阀门和第四阀门，关闭第一阀门，测试未催化烟气co浓度；
59.测试已催化烟气co浓度，打开第一阀门、第三阀门和第四阀门，关闭第二阀门；
60.s5.关闭第四阀门，断开烟气管道与风机间连接，关闭空气电加热器开关，待温度控制装置上的催化床入口温度和出口温度都低于60℃，关闭风机，断开总电源，测试完成。
61.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
62.(1)本发明为一氧化碳催化剂设计一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备，提供一种操作便捷、智能控制、连接方便、现场高效评测的测试设备；由于是撬装设备，内部的连接管路都已固定，仅需要与现场烟气管道连接。
63.(2)本发明催化剂可选择蜂窝体、颗粒状和粉末状，可快速对比不同催化剂催化性能。
64.(3)本发明采用一个烟气co浓度分析仪间断测试烟气中co浓度和催化床出口co浓度，降低了整套测试设备的成本，同时对数据分析起到便捷作用。
65.(4)本发明采空空换热器对催化后的烟气进行废热利用，大大降低了空气电加热器的加热功率，从而减小设备的耗电量，降低钢厂电路的负荷。
附图说明
66.图1为本发明实施例中一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备结构示意图。
67.图2为本发明实施例1中的催化剂催化性能图。
68.图3为本发明实施例2中的催化剂催化性能图。
69.附图标记说明：100-烟气管道；110-过滤器；200-风机；210-流量计；300-空空换热器；310-芯体；320-一次气体入口；330-一次气体出口；340-二次气体入口；350-二次气体出口；400-空气电加热器；410-加热器壳体；420-电加热棒；430-加热器进口；440-加热器底座；450-加热器出口；460-加热器中间温度探头；470-加热器出口温度探头；500-催化床；510-催化床气体出口；520-催化床壳体；530-催化剂；540-催化剂更换门；550-催化床气体入口；560-催化床入口温度探头；570-催化床出口温度探头；600-第一阀门；610-第二阀门；620第三阀门；630-第四阀门；700-烟气co浓度分析仪；800-温度控制装置。
具体实施方式
70.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
71.相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的实质和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
72.下面的实施例起说明本发明的作用。在实施例中，除非另有说明，份数按重量份数计算，百分率按重量百分率计算，温度为摄氏度。按重量计算的分数和按体积计算的份数之
间的关系与克和立方厘米之间的关系相同。
73.本实施例提供了一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备，用于工厂现场快速检测co催化剂催化性能；下面将结合说明书附图对本发明进行详细说明：如图1所示，一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备，所述撬装设备包括：烟气管道100、过滤器110、风机200、空空换热器300、空气电加热器400、催化床500、烟气co浓度分析仪700和温度控制装置800；
74.所述过滤器110一端与烟气管道出口连接，另一端与所述空空换热器300连接；所述过滤器110用于过滤大颗粒污染物，可延长设备使用寿命；
75.所述空空换热器300分别与所述空气电加热器400、催化床500和风机200连接；
76.所述温度控制装置分别与所述与空气电加热器、风机和催化床连接；
77.所述烟气co浓度分析仪分别与所述空空换热器和催化床连接；
78.所述风机与所述烟气管道入口连接；
79.所述烟气管道100中的烟气先通过过滤器110过滤颗粒物，再经风机200和流量计210调整空气流量；空空换热器300可以预热烟气，预热后的烟气通入空气电加热器400加热至预定的催化温度，高温烟气通过阀门600进入催化床500催化氧化消耗co，生成co2，并提高烟气温度；已催化烟气中的一小部分通过阀门620进入烟气co浓度分析仪700；已催化烟气中的大部分进入空空换热器300对初始烟气进行预热，最后通过风机200排放至烟气管道100中。
80.所述空气电加热器400和温度控制装置800共同调节催化床入口温度，以模拟工厂现场烟气温度；例如当催化床入口温度在温度控制装置(800)上设置为250℃时，启动3根电加热棒420，快速提升催化温度，当催化床入口温度达到250℃时将首先关闭3根电加热棒420，然后再开启其中一根电加热棒以维持催化床入口温度在250℃；当一根电加热棒不能维持催化床入口温度在250℃，则相应开启两根或三根加热棒。
81.所述风机200、流量计210和第四阀门630共同调节控制烟气通过催化剂的流速，以测试不同空速下催化剂的催化性能；首先打开风机200，调节第四阀门630，观测流量计210示数，以确定流速，最后通过流速计算空速。
82.所述空空换热器300的作用为，未催化烟气从一次气体入口320进入空空换热器芯体310，从一次气体出口330流出；已催化烟气从二次气体入口340进入空空换热器芯体310，与未催化烟气进行热量交换，从空空换热器二次气体出口350流出。
83.所述烟气co浓度分析仪700，在打开第二阀门610和第四阀门630、关闭第一阀门600时，可检测未催化烟气co浓度。
84.所述烟气co浓度分析仪700，在打开第一阀门600和第四阀门630、关闭第二阀门610时，可检测经过催化剂催化的烟气co浓度。
85.所述烟气管道(100)中的烟气主要成分为：so2(300～1000mg/nm3)、co(4000～10000mg/nm3)、no
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(300～800mg/nm3)、粉尘(10mg/nm3，粒径13～35μm)、烟气温度(120～160℃)、o2(14～18％)、h2o(8～13％)。
86.请参阅图1，一种用于一氧化碳催化剂催化性能测试的撬装设备，具体测试步骤包括：
87.第一步：烟气co浓度分析仪矫正及加热；打开分析仪总开关，打开分析仪加热开
关，进行设备预热约40分钟。预热完成后观测装置示数显示是否准确，以氧气浓度21％为基准。
88.第二步：催化床预热；打开电加热器400，待加热中间温度探头示数为180～200℃，再打开第一阀门600、第三阀门620和第四阀门630，打开风机200，设置催化床入口温度为200～250℃；关闭第一阀门600是为了预热加热器，打开是为了让气体通入催化床。
89.第三步：装置漏气检测；打开第一阀门600、第三阀门620和第四阀门630，关闭第二阀门610，观测烟气co浓度分析仪700的示数，进出口氧气浓度应位于15～16.0％之下，且出口氧浓度应小于入口，两者相差》1.0％。
90.第四步：催化床预热达到后，打开第一阀门600、第三阀门620和第四阀门630，关闭第二阀门610，通过第四调节阀门630来控制烟气流量大小(5～20m3/h)；
91.测试已催化烟气co浓度，打开第一阀门600、第三阀门620和第四阀门630，关闭第二阀门610；
92.测试未催化烟气co浓度，打开第二阀门610、第三阀门620和第四阀门630，关闭第一阀门600。
93.第五步：关闭第四阀门630，断开装置烟气管道100与风机200之间的连接，关闭空气电加热器400开关，待温度控制装置800上显示的催化床入口温度和出口温度都低于60℃，关闭风机200，断开总电源，测试完成。
94.实施例1
95.本实施例采用上述撬装设备对国内某钢厂进行co催化剂测试，催化剂采用市面上可购买的整体式蜂窝体催化剂，在催化温度180℃，流量8m3/h，空速2400h-1
，条件下个进行测试，测试结果如图2所示，由图2可知，45h内催化效率均在85％以上。
96.实施例2
97.本实施例采用上述撬装设备对国内某钢厂进行co催化剂测试，催化剂采用市面上可购买的整体式蜂窝体催化剂，在催化温度200℃，流量10m3/h，空速3000h-1
，so2浓度12.9～18.8ppm，条件下个进行测试，测试结果如图3所示，由图3可知，70h内催化效率均在80％以上。