一种SCR催化剂反应性能评估用测试系统及方法与流程

一种scr催化剂反应性能评估用测试系统及方法
技术领域
1.本发明涉及scr催化剂反应性能测试技术领域，具体涉及一种scr催化剂反应性能评估用测试系统及方法。


背景技术：

2.现阶段对于氮氧化物排放导致的环境污染问题日益突出，各行业氮氧化物排放控制指标日益趋严。除火力发电行业外，如钢铁、水泥、玻璃窑等非电行业也开始逐步实施大气污染物超低排放改造，控制指标向火力发电行业看齐，排放烟气氮氧化物浓度需小于50mg/nm3。
3.scr(selective catalytic reduction)脱硝为一种常用的脱硝工艺，意为“选择性催化还原脱硝技术”，脱硝催化剂在运行过程中存在孔道积灰堵塞、机械磨损、微孔堵塞、活性组分挥发、烧结与中毒等状况，会导致催化剂活性衰减。研究表明，烟气及飞灰中夹杂的碱金属、碱土金属、重金属以及硫酸盐等会附着于催化剂表面或者渗透进催化剂微孔内部，占据催化剂表面活性位，阻碍反应气体在催化剂内部微孔孔道扩散，造成反应气体吸附量减少，导致催化剂反应活性降低。
4.因此，亟需一种scr催化剂反应性能评估用测试系统及方法，通过模拟催化剂运行工况的烟气环境，研究催化剂失活特征规律，评价催化剂抗中毒性能，是综合评判催化剂产品质量的重要指标，也是烟气脱硝装置正常运行的重要保证。


技术实现要素：

5.本发明为解决现有技术中缺乏评估烟气及飞灰对scr催化剂反应性能影响的测试系统，无法快速、准确地预测出烟气及飞灰对脱硝催化剂反应性能的影响程度的问题，提供了一种scr催化剂反应性能评估用测试系统及方法。
6.本发明为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种scr催化剂反应性能评估用测试系统，该系统包括：
7.烟气模拟装置，包括气体混合设备和混合加热设备，所述气体混合设备用于对多股气体组分进行混合以获得混合气体，所述混合加热设备用于对来自所述气体混合设备的混合气体和水进行混合加热以获得模拟烟气；
8.反应装置，来自所述混合加热设备的模拟烟气和氨气在所述反应装置中进行脱硝反应，所述反应装置包括反应管，所述反应管内设置有催化剂测试块，所述催化剂测试块的孔道内设置有飞灰样品条；以及
9.尾气净化装置，用于对经过所述反应装置进行脱硝反应后输出的尾气进行净化处理。
10.优选地，所述混合加热设备包括预热管和包裹在所述预热管外侧的第一电加热炉；优选地，所述预热管为316l不锈钢加工成的螺旋管，所述螺旋管的管直径为120-135mm，螺旋间距为20-35mm；优选地，所述第一电加热炉的加热范围为0-650℃。
11.优选地，所述预热管通过保温管道与所述反应管连接；优选地，所述保温管道的表面包裹有陶瓷纤维棉，所述陶瓷纤维棉的表面包裹有伴热带。
12.优选地，所述反应装置还包括包裹在所述反应管外侧的第二电加热炉；优选地，所述第二电加热炉的加热范围为0-650℃。
13.优选地，所述反应管为不锈钢材质的圆柱体管，所述圆柱体管的内径为40-100mm，长度为400-1400mm；优选地，所述反应管的输入口和输出口均设置有用于密封的快开卡盘、垫片和卡箍；优选地，所述反应管的输入口和输出口均设置有温度传感器，所述反应管的输入口设置有压力传感器。
14.优选地，所述反应管的内部设置有用于放置催化剂测试块的金属筛网；优选地，所述金属筛网筛孔的孔径为0.05-1.5mm。
15.优选地，所述飞灰样品条包括堇青石材质的蜂窝陶瓷条以及涂覆在所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的表面的膏状飞灰。
16.优选地，所述尾气净化装置包括依次连接的冷凝器、气液分离器和吸收设备。
17.本发明为了实现上述目的，本发明第二方面提供了一种scr催化剂反应性能评估用测试方法，该方法使用所述的系统实施，该方法包括以下步骤：
18.s1、根据模拟工况条件，采用所述气体混合设备对多股气体组分进行混合以获得混合气体，采用所述混合加热设备对来自所述气体混合设备的混合气体和水进行混合加热以获得模拟烟气；
19.s2、将来自所述混合加热设备的模拟烟气和氨气在所述反应装置中进行脱硝反应；
20.s3、采用所述尾气净化装置对经过所述反应装置进行脱硝反应后输出的尾气进行净化处理；
21.s4、间隔设定时间测定所述反应管的输入口和输出口的氮氧化物的浓度，计算得到所述催化剂测试块的脱硝效率和活性的数据，并形成效率衰减曲线。
22.优选地，所述催化剂测试块采用蜂窝式scr脱硝催化剂制备而成。
23.优选地，所述飞灰样品条采用表面涂覆有膏状飞灰的堇青石材质的蜂窝陶瓷条。
24.优选地，所述催化剂测试块的长度与所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的长度相同，所述催化剂测试块的宽度与所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的宽度的差值不大于1mm。
25.根据上述技术方案，运用该系统，基于烟气模拟装置获得模拟烟气，接着，将模拟烟气和氨气在反应装置中进行脱硝反应，再运用尾气净化装置对脱硝反应后输出的尾气进行净化处理，可快速、准确地预测出烟气及飞灰对脱硝催化剂反应性能的影响程度，对指导脱硝催化剂的设计选型、工艺配方改进及产品性能评价具有重要意义。
26.同时，通过设置所述预热管为316l不锈钢加工成的螺旋管，所述螺旋管的管直径为120-135mm，螺旋间距为20-35mm，可使水快速气化，加速与气态组分的充分混合。
27.通过设置所述预热管通过保温管道与所述反应管连接；优选地，所述保温管道的表面包裹有陶瓷纤维棉，所述陶瓷纤维棉的表面包裹有伴热带，避免模拟烟气在所述保温管道内出现急剧降温，导致模拟烟气温度波动。
28.通过设置所述反应管的输入口和输出口均设置有用于密封的快开卡盘、垫片和卡箍，以用于在保证密封性的同时，使所述催化剂测试块和所述飞灰样品条便于更换；所述反
应管的输入口和输出口均设置有温度传感器，所述反应管的输入口设置有压力传感器，通过设置温度传感器，以用于精准监控烟气反应前后的温度偏差，通过设置所述压力传感器，以用于监控管路是否堵塞。
29.通过设置所述反应管的内部设置有用于放置催化剂测试块的金属筛网，优选地，所述金属筛网筛孔的孔径为0.05-1.5mm，以用于过滤气体中的飞灰，避免所述反应管的管道堵塞。
30.通过设置所述飞灰样品条包括堇青石材质的蜂窝陶瓷条以及涂覆在所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的表面的膏状飞灰，既保证了模拟烟气组分在所述催化剂测试块的孔道表面的正常流通，又加速了飞灰中易导致催化剂测试块中毒的物质在催化剂测试块孔道的沉积速度，可快速评估模拟烟气组合和飞灰两种因素叠加环境下对催化剂测试块反应性能的影响。
附图说明
31.图1是scr催化剂反应性能评估用测试系统的结构示意图；
32.图2是scr催化剂反应性能评估用测试系统的飞灰样品条的安装示意图；
33.图3是scr催化剂反应性能评估用测试方法的流程图；
34.图4是本发明实施例1催化剂测试块的脱硝效率衰减曲线图。
35.附图标记说明
36.气体混合设备1；混合加热设备2；预热管21；第一电加热炉22；
37.反应装置3；反应管31；第二电加热炉32；催化剂测试块33；
38.飞灰样品条34；冷凝器4；气液分离器5；吸收设备6。
具体实施方式
39.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
40.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含、可能存在或添加一个或更多其他特征、单元、组件和/或其组合。
41.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
42.本发明第一方面提供了一种scr催化剂反应性能评估用测试系统，如图1-2所示，该scr催化剂反应性能评估用测试系统包括：
43.烟气模拟装置，包括气体混合设备1和混合加热设备2，所述气体混合设备1用于对多股气体组分进行混合以获得混合气体，所述混合加热设备2用于对来自所述气体混合设备1的混合气体和水进行混合加热以获得模拟烟气；
80mm，长度为500-1250mm。进一步地，所述反应管31的输入口和输出口均设置有用于密封的快开卡盘、垫片和卡箍。以用于在保证密封性的同时，使所述催化剂测试块33和所述飞灰样品条34更加便于更换。再进一步地，所述反应管31的输入口和输出口均设置有温度传感器，所述反应管31的输入口设置有压力传感器。其中，设置温度传感器以用于精准监控气体反应前后的温度偏差，防止温度对所述催化剂测试块33反应性能的评估造成影响。设置压力传感器用于监控管路是否堵塞，保证脱硝反应的正常进行。再进一步地，所述反应管31的内部设置有用于放置催化剂测试块的金属筛网。优选地，所述金属筛网筛孔的孔径为0.05-1.5mm。更优选地，所述金属筛网筛孔的孔径为0.1-1.0mm。以用于过滤气体中的飞灰，避免所述反应管31的管道堵塞。
53.在本发明所述的scr催化剂反应性能评估用测试系统中，所述飞灰样品条34包括堇青石材质的蜂窝陶瓷条以及涂覆在所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的表面的膏状飞灰。既保证了模拟烟气组分在所述催化剂测试块33的孔道表面的正常流通，又加速了飞灰中易导致催化剂测试块33中毒的物质在催化剂测试块33孔道的沉积速度，可快速评估模拟烟气组合和飞灰两种因素叠加环境下对所述催化剂测试块33反应性能的影响。
54.在本发明所述的scr催化剂反应性能评估用测试系统中，所述尾气净化装置包括依次连接的冷凝器4、气液分离器5和吸收设备6。经过所述反应装置3进行脱硝反应后输出的尾气，首先经过所述冷凝器4将高温尾气冷却至常温，然后经过所述气液分离器5收集冷凝下来的尾气组分，剩余尾气再经过所述吸收设备6处理后，达到排放标准，排放至空气。其中，所述尾气净化装置对尾气的净化率可达95％以上。
55.如图3所示，本发明第二方面还提供了一种scr催化剂反应性能评估用测试方法，该方法使用所述的系统实施，该方法包括以下步骤：
56.s1、根据模拟工况条件，采用所述气体混合设备1对多股气体组分进行混合以获得混合气体，采用所述混合加热设备2对来自所述气体混合设备1的混合气体和水进行混合加热以获得模拟烟气；
57.其中，步骤s1具体包括根据模拟工况条件，首先，控制所述供气设备将多股气体组分分别按设定流量输送至所述气体混合设备1中，接着，经所述气体混合设备1混合后的混合气体和水柱塞式计量泵按设定流量供应的去离子水一同输送至所述混合加热设备2内进行混合加热以获得模拟烟气。
58.s2、将来自所述混合加热设备2的模拟烟气和氨气在所述反应装置3中进行脱硝反应；
59.其中，步骤s2具体包括将模拟烟气和按设定流量供应的氨气输送至所述反应管31进行脱硝反应并输出尾气。
60.s3、采用所述尾气净化装置对经过所述反应装置3进行脱硝反应后输出的尾气进行净化处理；
61.其中，步骤s3具体包括根据所选的气体的类别配置碱性和酸性两级的吸收液，对经过所述反应装置3进行脱硝反应后输出的尾气进行净化处理后排出。
62.s4、间隔设定时间测定所述反应管31的输入口和输出口的氮氧化物的浓度，计算得到所述催化剂测试块33的脱硝效率和活性的数据，并形成效率衰减曲线。
63.在本发明所述的scr催化剂反应性能评估用测试方法中，在具体的实施方式中，所
述催化剂测试块33采用蜂窝式scr脱硝催化剂制备而成。所述飞灰样品条34采用表面涂覆有膏状飞灰的堇青石材质的蜂窝陶瓷条。优选地，所述催化剂测试块33的长度与所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的长度相同，所述催化剂测试块33的宽度与所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的宽度的差值不大于1mm。较佳地，所述催化剂测试块33的宽度与所述堇青石材质的蜂窝陶瓷条的宽度的差值约为1mm。
64.以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
65.实施例1
66.模拟某玻璃窑炉工况烟气条件
67.根据玻璃窑炉工况条件，控制供气设备将二氧化硫以1.0l/min、一氧化氮以0.37l/min和氮气以60.3l/min的供应速度一同输送至气体混合设备1中，经气体混合设备1混合后输出的混合气体和由水柱塞式计量泵以5.60ml/min的供应的去离子水一同输送至混合加热设备2内进行混合加热以获得模拟烟气；其中，混合加热设备2混合过程中，控制第一电热炉22的加热温度为400℃；二氧化硫的供应流量调节范围为0～12l/min，一氧化氮的供应流量调节范围为0～5l/min，氮气的的供应流量调节范围为0～120l/min，去离子水的供应流量调节范围为0.01～10ml/min；
68.将氨气以0.37l/min的供应速度和模拟烟气一同输送至反应管31进行脱硝反应并输出尾气；其中，反应过程中，控制第二电热炉32的加热温度为390℃；其中，氨气的的供应流量调节范围为0～5l/min；催化剂测试块33为从新鲜的蜂窝式scr脱硝催化剂上截取的两块横截面为3
×
3孔，长度为30cm的样品，且样品的孔径为7.1mm；飞灰样品条34为采用宽度为6.8mm，长度为30cm的堇青石材质的蜂窝陶瓷条，共9根，在去离子水中浸泡湿润，四周外表面均匀涂覆上玻璃窑飞灰膏体，蜂窝陶瓷条孔道利用玻璃窑飞灰膏体进行封堵，将制备好的9根飞灰样品条34分别塞入催化剂测试块33的9个孔道中，再将催化剂测试块33放置在反应管31内的金属筛网处；
69.根据所选的气体的类别配置碱性和酸性两级的吸收液，使经过反应装置3进行脱硝反应后输出的尾气依次经由冷凝器4、气液分离器5和吸收设备6进行净化处理后排出；
70.其中，模拟测试过程进行96h，每间隔24h测定反应管31的输入口和输出口的氮氧化物的浓度，计算得到催化剂测试块33的脱硝效率和活性的数据，如表1所示，并形成催化剂测试块33的脱硝效率衰减曲线图，如图4所示；
71.表1：催化剂测试块随时间变化的脱硝效率
72.持续时间/h024487296脱硝效率/％48.9146.1141.4430.5625.41
73.由上表1和图4可知，基于本发明实施例1，可快速、准确地预测出烟气及飞灰对脱硝催化剂反应性能的影响程度，对指导脱硝催化剂的设计选型、工艺配方改进及产品性能评价具有重要意义。
74.本发明提供的scr催化剂反应性能评估用测试系统及方法，基于烟气模拟装置获得模拟烟气，接着，将模拟烟气和氨气在反应装置中进行脱硝反应，再运用尾气净化装置对脱硝反应后输出的尾气进行净化处理，可快速、准确地预测出烟气及飞灰对脱硝催化剂反应性能的影响程度，对指导脱硝催化剂的设计选型、工艺配方改进及产品性能评价具有重要意义。
75.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。