專(zhuān)利名稱(chēng)：凈化含硫廢氣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣的方法。
本發(fā)明具體涉及從包含有從一個(gè)或多個(gè)柴油機(jī)中收集到的含二氧化硫的廢氣中去除未燃燒的烴、煤煙和一氧化碳。
本發(fā)明對(duì)燃料中具有高含量硫化合物的柴油機(jī)尤其有用。
背景技術(shù)：
廢氣凈化是本領(lǐng)域公知的。
在EP0208434中記載了從廢氣中去除NOx和CO，其中加入了NH3，且NOx和CO與催化劑接觸而被去除。
在EP0411094描述了一種方法，其中NOx在具有兩層的催化劑中通過(guò)NH3被轉(zhuǎn)化為N2，其中CO也被轉(zhuǎn)化。但是，SO2的存在產(chǎn)生了形成硫酸銨的風(fēng)險(xiǎn)。
US5591414也公開(kāi)了一種凈化廢氣的方法，其中凈化在催化劑存在的情況下進(jìn)行，該催化劑還作為一種吸附過(guò)濾器來(lái)移除殘留烴，同時(shí)氧化氮氧化物和一氧化碳。此催化劑具有一蜂窩狀結(jié)構(gòu)并具有兩個(gè)催化層。
US6214307記載了一種轉(zhuǎn)化未燃燒的烴、一氧化碳和氮氧化物的方法。此過(guò)程是在催化劑存在的情況下進(jìn)行，該催化劑包括不同組成的兩層，其積極還原NOx以及氧化烴和CO。
但是，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有提及在沒(méi)有SO2干擾(通過(guò)氧化為SO3)的情況下去除HC、CO和NOx的問(wèn)題。SO3產(chǎn)生了形成固體硫酸鹽或硫酸霧的風(fēng)險(xiǎn)。該氧化與其他氧化同時(shí)發(fā)生。
本發(fā)明的目的即提供一種方法，其中含硫廢氣中的烴和一氧化碳雜質(zhì)通過(guò)氧化被轉(zhuǎn)化，而不產(chǎn)生SO3和隨之產(chǎn)生的硫酸霧。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供一種用以?xún)艋蓛?nèi)燃機(jī)中收集到的廢氣流的方法，所述廢氣流包括烴、煤煙、一氧化碳氧化物和二氧化硫。該方法包括如下步驟，在第一反應(yīng)器中在第一催化劑的存在下，氧化烴和部分煤煙，該第一催化劑積極氧化烴和煤煙而不氧化二氧化硫，并形成部分凈化的廢氣流；冷卻該部分凈化的廢氣流；在第二反應(yīng)器中在第二催化劑的存在下，轉(zhuǎn)化部分凈化的廢氣流中的一氧化碳，該第二催化劑積極氧化一氧化碳而不氧化二氧化硫；回收凈化的廢氣流。
第一反應(yīng)器中的氧化發(fā)生在250-375℃，優(yōu)選為290-335℃；第二反應(yīng)器中的氧化發(fā)生在140-210℃，優(yōu)選為160-205℃。冷卻在進(jìn)料/流出物換熱器中進(jìn)行，其冷卻來(lái)自第一反應(yīng)器中的部分凈化廢氣流并對(duì)到第一反應(yīng)器的廢氣流進(jìn)行加熱。任選地，可在第二反應(yīng)器上游的空氣冷卻器進(jìn)行附加冷卻。
本發(fā)明進(jìn)一步還包括一種用于凈化來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的廢氣流的系統(tǒng)，所述廢氣流包括烴、煤煙、一氧化碳和二氧化硫，該系統(tǒng)包括加熱廢氣流的進(jìn)料/流出物換熱器，帶有第一催化劑的第一反應(yīng)器，所述第一催化劑積極轉(zhuǎn)化烴和煤煙而不產(chǎn)生SO3，以及帶有第二催化劑的第二反應(yīng)器，所述第二催化劑積極轉(zhuǎn)化一氧化碳為二氧化碳而不氧化二氧化硫，并形成凈化的廢氣流。
本方法和系統(tǒng)是尤其有用的，當(dāng)廢氣來(lái)自固定安裝的柴油機(jī)時(shí)，其中柴油機(jī)含有高含量的硫，且其中重要的是避免了形成硫酸霧。當(dāng)柴油機(jī)在實(shí)驗(yàn)室里安裝時(shí)，這是尤其相關(guān)的。


附圖1示出了本發(fā)明的方法示意圖。
附圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的附圖。
具體實(shí)施例方式
在發(fā)動(dòng)機(jī)的烴燃料的燃燒過(guò)程中，會(huì)存在過(guò)量的空氣，則廢氣中包括除了N2、O2、H2O和CO2外，還有未完全燃燒的烴、煤煙、CO、NO、NO2和SO2的雜質(zhì)。
這些雜質(zhì)可能被催化地氧化為H2O、CO2和SO3，其中SO3因?yàn)橛谐粑恫⑶矣卸疽蚨趶U氣中是使人厭惡的。此外，它吸收水后會(huì)形成極類(lèi)似煙霧的硫酸。
現(xiàn)在，廢氣中烴和一氧化碳雜質(zhì)在高于210℃溫度下，在貴金屬催化劑存在情況下進(jìn)行氧化，其產(chǎn)生300℃以及高于該溫度的出口溫度。但是，SO2甚至在210-240℃時(shí)已被氧化為SO3。
本發(fā)明提供一種用于凈化包含有未完全燃燒的烴、煤煙、CO和SO2的廢氣流的方法和系統(tǒng)。凈化過(guò)程中不產(chǎn)生硫酸霧。
在第一反應(yīng)器中，未完全燃燒的烴和部分煤煙被氧化成H2O和CO2，同時(shí)SO2保持不轉(zhuǎn)化。當(dāng)反應(yīng)器中的溫度為250-375℃，優(yōu)選290-335℃時(shí)，并有催化劑存在的情況下，并且當(dāng)催化劑是帶有鈀和鎢氧化物與釩氧化物的催化活性層的二氧化鈦/二氧化硅的單塊料時(shí)，這是可行的。與其類(lèi)似的一種商業(yè)上可購(gòu)得的催化劑是丹麥Haldor Topse A/S出品的DOXCATTM。
離開(kāi)第一反應(yīng)器后的廢氣被冷卻并被送至第二反應(yīng)器中。在第二反應(yīng)器中CO被氧化為CO2，而SO2未被氧化。這是通過(guò)將反應(yīng)器溫度維持在140-210℃，優(yōu)選為160-205℃并設(shè)置鉑/鈀單塊料氧化催化劑來(lái)完成的。與其類(lèi)似的一種商業(yè)上可購(gòu)買(mǎi)的催化劑是丹麥Haldor Topse A/S出品的DOC催化劑。
反應(yīng)器之間的冷卻過(guò)程可便利地在用于第一反應(yīng)器的進(jìn)料/流出物換熱器中預(yù)形成，并且還可在例如空氣冷卻器的附加冷卻器中進(jìn)一步冷卻。
在來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的廢氣中加入一些空氣是有利的。這對(duì)雜質(zhì)的濃度和待凈化的廢氣的溫度都進(jìn)行了控制。
本發(fā)明由附圖更進(jìn)一步的進(jìn)行演示。在附圖1中示意性地示出本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案。廢氣流1和空氣流2混合并在一個(gè)進(jìn)料/流出物換熱器4中被加熱形成進(jìn)料氣流3，該氣流進(jìn)入第一反應(yīng)器5。在反應(yīng)器5中烴和煤煙在流經(jīng)催化劑6時(shí)被轉(zhuǎn)化為H2O和CO2。
部分凈化廢氣流7在進(jìn)料/流出物換熱器4中和隨后的空氣冷卻器10中被冷卻。被冷卻的部分凈化廢氣流11流至第二反應(yīng)器12，其中設(shè)有催化劑13。該催化劑促進(jìn)氧化CO和可能的少量烴，而不把SO2氧化為SO3。在此轉(zhuǎn)化過(guò)程之后，該氣體作為凈化廢氣流14流出第二反應(yīng)器12。
附圖2示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的系統(tǒng)。從一個(gè)或多個(gè)柴油機(jī)中收集到的廢氣1與空氣2在進(jìn)料/流出物換熱器4中混合并被加熱到300℃，所述柴油機(jī)典型地安裝于測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中。進(jìn)料流3進(jìn)入第一反應(yīng)器5中，其中烴和煤煙被氧化，而與之相反SO2保持不轉(zhuǎn)化。此反應(yīng)是在催化劑6存在的情況下發(fā)生，其中催化劑是在玻璃纖維材料上的TiO2單塊料，其包含如下組成75-95wt％TiO2，3-15wt％SiO2，3-15wt％WO3，0-6wt％V2O5和0.3-0.8g/l Pd，優(yōu)選為80-90wt％TiO2，5-10wt％SiO2，5-10wt％WO3，0-4wt％V2O5和0.4-0.6g/l Pd
一種像這樣催化劑可商購(gòu)自丹麥Haldor Topse A/S出品的DOXCATTM。
該反應(yīng)是全部放熱的，因此該部分凈化廢氣流7離開(kāi)第一反應(yīng)器時(shí)的溫度約為325℃。
物流7在進(jìn)料/流出物換熱器4和空氣冷卻器10中被冷卻到150-180℃，隨后流到第二反應(yīng)器12中。在反應(yīng)器12中CO被氧化為CO2，而SO2保持不變。這在有催化劑13存在的情況下是可能的，該催化劑為具有0.3-0.8g/l優(yōu)選為0.4-0.6g/l Pt的TiO2單塊料。一種商業(yè)上可購(gòu)的這種催化劑是丹麥HaldorTopse A/S出品的DOC催化劑。然后此凈化的廢氣流14以200℃的溫度離開(kāi)凈化系統(tǒng)。
廢氣流經(jīng)整塊催化劑6和13時(shí)的空速在10000-150000Nm3/m3h，優(yōu)選為20000-100000Nm3/m3h范圍內(nèi)。
可選地，催化劑之一或二者均可是粒狀結(jié)構(gòu)。在粒狀催化劑的情況中，優(yōu)化的空速可在1000-20000Nm3/m3h，優(yōu)選為5000-10000Nm3/m3h范圍內(nèi)。
本發(fā)明的方法對(duì)其中燃料為硫含量高的柴油的內(nèi)燃機(jī)廢氣的清潔尤其有用。這種柴油經(jīng)常安裝于船或移動(dòng)發(fā)電機(jī)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)或是固定安裝于測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。
在這里去除未完全燃燒的烴和無(wú)氣味的一氧化碳是重要的。
還有對(duì)于可以進(jìn)料這種柴油的移動(dòng)發(fā)電機(jī)(其并非永久運(yùn)行)，本發(fā)明的凈化方法也是非常有用的。
實(shí)施例廢氣被如附圖2中所示的本發(fā)明的系統(tǒng)所清潔。參看附圖2，物流3是有待被凈化的廢氣而物流7是離開(kāi)第一反應(yīng)器中的催化劑6的部分凈化廢氣。物流11是進(jìn)入帶有第二催化劑13的第二反應(yīng)器的被冷卻的部分凈化廢氣，物流14是凈化廢氣流。
10000Nm3/h的廢氣被凈化。
第一催化劑床是0.5m3的DOXCATTM，第二催化劑床是0.5m3的DOC催化劑。
從下面的表1中可以看到催化劑床中的雜質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程和與之相應(yīng)的溫度，其也示出了廢氣流中雜質(zhì)的含量。
表1


從表1結(jié)果可看到，去除了有毒的烴和煤煙，而沒(méi)有氧化SO2為SO3。
權(quán)利要求
1.一種凈化來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的廢氣流的方法，所述廢氣流包括烴、煤煙、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫，該方法包括如下步驟(a)在第一反應(yīng)器中在第一催化劑的存在下，對(duì)烴和部分煤煙進(jìn)行氧化，該第一催化劑積極氧化烴和煤煙而不氧化二氧化硫，且形成部分凈化的廢氣流；(b)冷卻該部分凈化的廢氣流；(c)在第二反應(yīng)器中在第二催化劑的存在下，對(duì)部分凈化的廢氣流中的一氧化碳進(jìn)行氧化，該第二催化劑積極氧化一氧化碳而不氧化二氧化硫；和(d)回收已凈化的廢氣流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中部分烴在第一反應(yīng)器中被氧化，剩余的烴在第二反應(yīng)器中被進(jìn)一步氧化。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一反應(yīng)器中的氧化在250-375℃發(fā)生；第二反應(yīng)器中的氧化在140-210℃發(fā)生。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中廢氣流與空氣流相混合，該混合流被用作第一反應(yīng)器的進(jìn)料氣流。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在步驟b中的冷卻在進(jìn)料/流出物換熱器中進(jìn)行，該進(jìn)料/流出物換熱器冷卻來(lái)自第一反應(yīng)器的部分凈化廢氣流并加熱至第一反應(yīng)器的廢氣流。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在第二反應(yīng)器上游的空氣冷卻器中進(jìn)行附加的冷卻。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一反應(yīng)器中的催化劑是帶有作為催化活性材料的鈀和鎢氧化物、釩氧化物的二氧化鈦/二氧化硅單塊料；第二反應(yīng)器中的催化劑是帶有作為催化活性材料的鉑和/或鈀的二氧化鈦單塊料。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中反應(yīng)器中的空速為10000-150000Nm3/m3/h。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在至少一個(gè)反應(yīng)器中的催化劑是粒狀催化劑，并且其中空速為1000-20000Nm3/m3/h。
10.一種用于凈化來(lái)自?xún)?nèi)燃機(jī)的廢氣流的系統(tǒng)，所述廢氣流包括烴、煤煙、一氧化碳和二氧化硫，該裝置包括(a)進(jìn)料/流出物換熱器，其加熱廢氣流；(b)帶有第一催化劑的第一反應(yīng)器，所述第一催化劑積極轉(zhuǎn)化被加熱的廢氣流中的烴和煤煙而不氧化二氧化硫，形成部分凈化廢氣流，該廢氣流在進(jìn)料/流出物換熱器中被冷卻；以及(c)帶有第二催化劑的第二反應(yīng)器，所述第二催化劑積極轉(zhuǎn)化一氧化碳為二氧化碳而不氧化二氧化硫，形成凈化的廢氣流。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中第二催化劑進(jìn)一步積極氧化部分凈化廢氣流中殘余的烴。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中空氣冷卻器安裝在第二反應(yīng)器的上游。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凈化內(nèi)燃機(jī)的廢氣流的方法和系統(tǒng)，其中廢氣流中包括烴、煤煙、一氧化碳和二氧化硫。該方法包括如下步驟在第一反應(yīng)器中在第一催化劑的存在下對(duì)烴和部分煤煙進(jìn)行氧化，該第一催化劑積極氧化烴和煤煙而不氧化二氧化硫，從而形成部分凈化的廢氣流，冷卻該部分凈化的廢氣流，在第二反應(yīng)器中在第二催化劑的存在下，對(duì)該部分凈化的廢氣流的一氧化碳進(jìn)行轉(zhuǎn)化，第二催化劑積極氧化一氧化碳而不氧化二氧化硫，回收已被凈化的廢氣流。
文檔編號(hào)B01D53/94GK101073746SQ20071010060
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者K·約翰森 申請(qǐng)人:赫多特普索化工設(shè)備公司