新型回轉式脫硫脫硝及再生一體化反應器
摘要: 以鋁基銅干法煙氣脫硫脫硝一體化及再生工藝為基準,設計了1 套新型回轉式脫硫脫硝及再生一體化反應器,并采用Fluent 軟件對新型反應器內部脫硫脫硝及再生過程進行了數學模擬.
關鍵詞: 回轉式反應器,煙氣脫硫脫硝,再生,數學模擬
由于鍋爐煙氣中的SO2 和NOx 對環境造成嚴重污染,大氣污染治理設備的市場需求量非常大,而我國的大氣污染治理設備以國外引進為主,且大多數為除塵設備,還沒有開發出適合我國國情、為市場所接受的自主知識產權的脫硫、脫硝產品. 在眾多的脫硫、脫硝方法中,吸附法能夠較好地符合工業要求和環境要求,但由于吸附法在目前國內外的脫硫、脫硝裝置中應用費用較高,而且均有一定的缺點,針對目前的經濟狀況而言,國家和企業都難以接受,因此,開發適合我國國情的脫硫、脫硝裝置已非常緊迫.
鋁基銅吸附劑脫硫脫硝及再生的反應機理
1 個氣固相催化吸附反應(圖1) 包括以下7 個步驟[ 2 ] :
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(1) 反應物分子由氣流主體向催化劑的外表面擴散(外擴散) ;
(2) 反應物分子由催化劑外表面向微孔內表面擴散(內擴散) ;
(3) 反應物分子在催化劑的內表面上被吸附 (表面吸附) ;
(4) 吸附的反應物分子在催化劑表面上發生化學反應,轉化成產物(表面反應) ;
(5) 反應的產物分子從催化劑內表面上脫附下來(表面脫附) ;
(6) 脫附下來的產物分子從微孔內向催化劑外表面擴散(內擴散) ;
(7) 產物分子從催化劑外表面向氣流主體擴散 (外擴散) .
其中步驟(1) 和(7) 為外擴散過程, (2) 和(6) 為內擴散過程, (3) 、(4) 和(5) 為表面反應過程.
反應器內部的脫硫、脫硝及再生的化學反應方程式[3 ] 如下:
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新型回轉式反應器的物理模型
針對以上各種反應器結構的優缺點,設計1 臺能夠有效脫硫脫硝、節省人力資源、又可減少運行成本的反應器是使脫硫、脫硝商業化的根本. 筆者提出了1 種新型回轉式干法煙氣吸附脫硫脫硝反應器, 并對其性能進行了分析.
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圖2 為新型回轉式脫硫脫硝反應器的催化劑載體示意圖,此載體選用陶瓷作為本體,起支撐作用. 陶瓷載體表面是Al2O3 ,作為鋁基銅催化吸附劑的載體,然后涂抹CuO 吸附劑. 本載體采用圓形管道設計,與以往的矩形管道相比,可以有效增大吸附表面積,且采用這種形式可以有效克服顆粒催化劑帶來的磨損[4 ,5 ] .
圖3 為新型回轉式反應器的結構示意圖. 催化劑床層由主動齒輪帶動,順時針轉動,煙氣及N H3由脫硫脫硝一體化煙氣入口進入催化劑床層進行脫硫、脫硝,即反應(1) 、(2) 和(3) ,在脫除區的角度范圍內使催化劑床層進行脫除,這時催化劑床層基本喪失了脫除功能,隨著轉到過渡區,過渡區入口噴入 N2 ,吹掃催化劑內殘余的氣體. 隨后轉入再生區,再生氣體CH4 與保護氣體N2 由再生氣體入口進入, 在再生區角度范圍內,使催化劑床層再生,即反應 (5) . 隨后又經過1 個過渡區,吹掃CH4 ,使反應器達到完好的密封性能,有利于安全運行. 運轉1 圈后完成1 個脫硫脫硝一體化及其再生的過程. 本回轉式脫硫脫硝反應器只采用1 個反應器來完成脫硫脫硝一體化及其再生的一系列操作,運行方便、安全可靠,減少了人力、物力,能很好地適合我國國情[ 6 ] .
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新型回轉式鋁基銅脫硫脫硝反應器不僅結構性能良好,密封不漏氣,有效防止了CH4 與煙氣混合的不安全因素,而且操作簡單,節省了人員開支. 同時,此反應器催化劑載體的脫硫脫硝性能優良,脫除效率達到90 %以上,有效地凈化了煙氣,可達到空氣凈化標準.
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