新型回轉(zhuǎn)式脫硫脫硝及再生一體化反應(yīng)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(zhǔn),設(shè)計(jì)了1 套新型回轉(zhuǎn)式脫硫脫硝及再生一體化反應(yīng)器,并采用Fluent 軟件對(duì)新型反應(yīng)器內(nèi)部脫硫脫硝及再生過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬.
關(guān)鍵詞: 回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器,煙氣脫硫脫硝,再生,數(shù)學(xué)模擬
由于鍋爐煙氣中的SO2 和NOx 對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,大氣污染治理設(shè)備的市場(chǎng)需求量非常大,而我國(guó)的大氣污染治理設(shè)備以國(guó)外引進(jìn)為主,且大多數(shù)為除塵設(shè)備,還沒有開發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情、為市場(chǎng)所接受的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的脫硫、脫硝產(chǎn)品. 在眾多的脫硫、脫硝方法中,吸附法能夠較好地符合工業(yè)要求和環(huán)境要求,但由于吸附法在目前國(guó)內(nèi)外的脫硫、脫硝裝置中應(yīng)用費(fèi)用較高,而且均有一定的缺點(diǎn),針對(duì)目前的經(jīng)濟(jì)狀況而言,國(guó)家和企業(yè)都難以接受,因此,開發(fā)適合我國(guó)國(guó)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(yīng)機(jī)理
1 個(gè)氣固相催化吸附反應(yīng)(圖1) 包括以下7 個(gè)步驟[ 2 ] :
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(1) 反應(yīng)物分子由氣流主體向催化劑的外表面擴(kuò)散(外擴(kuò)散) ;
(2) 反應(yīng)物分子由催化劑外表面向微孔內(nèi)表面擴(kuò)散(內(nèi)擴(kuò)散) ;
(3) 反應(yīng)物分子在催化劑的內(nèi)表面上被吸附 (表面吸附) ;
(4) 吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物(表面反應(yīng)) ;
(5) 反應(yīng)的產(chǎn)物分子從催化劑內(nèi)表面上脫附下來(lái)(表面脫附) ;
(6) 脫附下來(lái)的產(chǎn)物分子從微孔內(nèi)向催化劑外表面擴(kuò)散(內(nèi)擴(kuò)散) ;
(7) 產(chǎn)物分子從催化劑外表面向氣流主體擴(kuò)散 (外擴(kuò)散) .
其中步驟(1) 和(7) 為外擴(kuò)散過程, (2) 和(6) 為內(nèi)擴(kuò)散過程, (3) 、(4) 和(5) 為表面反應(yīng)過程.
反應(yīng)器內(nèi)部的脫硫、脫硝及再生的化學(xué)反應(yīng)方程式[3 ] 如下:
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新型回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器的物理模型
針對(duì)以上各種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)1 臺(tái)能夠有效脫硫脫硝、節(jié)省人力資源、又可減少運(yùn)行成本的反應(yīng)器是使脫硫、脫硝商業(yè)化的根本. 筆者提出了1 種新型回轉(zhuǎn)式干法煙氣吸附脫硫脫硝反應(yīng)器, 并對(duì)其性能進(jìn)行了分析.
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圖2 為新型回轉(zhuǎn)式脫硫脫硝反應(yīng)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(shè)計(jì),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(lái)的磨損[4 ,5 ] .
圖3 為新型回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖. 催化劑床層由主動(dòng)齒輪帶動(dòng),順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),煙氣及N H3由脫硫脫硝一體化煙氣入口進(jìn)入催化劑床層進(jìn)行脫硫、脫硝,即反應(yīng)(1) 、(2) 和(3) ,在脫除區(qū)的角度范圍內(nèi)使催化劑床層進(jìn)行脫除,這時(shí)催化劑床層基本喪失了脫除功能,隨著轉(zhuǎn)到過渡區(qū),過渡區(qū)入口噴入 N2 ,吹掃催化劑內(nèi)殘余的氣體. 隨后轉(zhuǎn)入再生區(qū),再生氣體CH4 與保護(hù)氣體N2 由再生氣體入口進(jìn)入, 在再生區(qū)角度范圍內(nèi),使催化劑床層再生,即反應(yīng) (5) . 隨后又經(jīng)過1 個(gè)過渡區(qū),吹掃CH4 ,使反應(yīng)器達(dá)到完好的密封性能,有利于安全運(yùn)行. 運(yùn)轉(zhuǎn)1 圈后完成1 個(gè)脫硫脫硝一體化及其再生的過程. 本回轉(zhuǎn)式脫硫脫硝反應(yīng)器只采用1 個(gè)反應(yīng)器來(lái)完成脫硫脫硝一體化及其再生的一系列操作,運(yùn)行方便、安全可靠,減少了人力、物力,能很好地適合我國(guó)國(guó)情[ 6 ] .
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新型回轉(zhuǎn)式鋁基銅脫硫脫硝反應(yīng)器不僅結(jié)構(gòu)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(jiǎn)單,節(jié)省了人員開支. 同時(shí),此反應(yīng)器催化劑載體的脫硫脫硝性能優(yōu)良,脫除效率達(dá)到90 %以上,有效地凈化了煙氣,可達(dá)到空氣凈化標(biāo)準(zhǔn).
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