烟气脱硝及催化剂知识10.10

烟气SCR脱硝及中低温催化剂江苏中创清源科技有限公司CONTENT目录催化剂的基本知识催化剂生产流程中低温催化剂行业应用中低温催化剂使用业绩烟气脱硝烟气脱硝NOX的生成途径：•热力NOX：燃烧过程中空气中的N2在1400℃以上高温下，氧化产生NOX；•快速NOX：燃料中的碳氢离子团CH等，在火焰前端，与空气中的N2瞬间形成的NOX，一般这种瞬发NOX生成量的比例很小，一般占总NOX的5%以下；•燃料NOX：燃料中含氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化生成的NOX，是燃烧过程中NOX的主要来源。烟气脱硝NOX的危害：•氮氧化物是生成臭氧的重要物质之一，与城市臭氧浓度和光化学污染紧密相关。•氮氧化物是城市细粒子污染的主要来源，成为我国大中城市普遍存在较为严重的大气颗粒物污染、特别是区域细粒子污染和灰霾的重要根源。•氮氧化物排放总量居高不下，成为导致我国大气酸沉降、臭氧、灰霾等一系列环境问题的重要根源烟气脱硝4NO+4NH3+O24N2+6H2O2N2+3H2ONO+NO2+2NH3基本反应方程式氨基还原剂（NH3，尿素）烟气脱硝脱硝还原剂主要有：液氨、氨水和尿素：液氨法是将液氨在蒸发器中加热成氨气，然后与稀释空气混合成氨气体积含量为5%的混合气体送入烟气系统；氨水法是将25%的氨水溶液通过加热装置使其蒸发，形成氨气和水蒸汽；尿素水解法是先将尿素固体颗粒在容器中溶解，然后将通过溶液泵送到水解槽中，再通过热交换器将溶液加热至反应温度后与水反应生成氨气。另一种是尿素热解法。烟气脱硝项目液氨氨水尿素CO(NH2)2成分NH3(99.5%)NH3(20~30%)干的球形颗粒或溶液化学特性低毒爆炸极限：15~28%刺鼻气味不属于防爆分区无毒无害储存压力容器常压储存常压、干燥（加热、防潮）还原剂成本便宜(100%)贵(150%)最贵(180%)运输成本便宜贵便宜系统投资成本便宜贵贵（热解或水解）运行成本便宜仅蒸发液氨热量贵需要蒸发氨和水的热量需要高热量水解尿素或蒸发氨缺点需要安全许可需要考虑安全尿素制备系统复杂,制备劳动强度大,劳动环境差，投资、维护及操作成本高。使用场合SCR使用较多SNCR使用较多对安全要求高的地方适用烟气脱硝SNCR技术是使用还原剂在800～1050℃温度区域与氮氧化物发生还原反应生成氮气和水。还原反应NH3/尿素清洁烟气选择性非催化还原-SNCR烟气脱硝优点：一次投资少；系统简单，维护成本较低；施工周期短；缺点：脱硝效率中等（30-60%）还原剂利用率低（25-50%）单位氮氧化物脱除成本较高燃烧控制的波动导致脱硝效率不稳定氨的逃逸率较大烟气脱硝SCR技术是使用还原剂在180～420℃温度区域在催化剂参与的情况下与氮氧化物发生还原反应生成氮气和水。选择性催化还原-SCR烟气脱硝选择性催化还原-SCR烟气脱硝1.液氨储罐2.液氨蒸发槽3.氨气稀释槽4.氨气缓冲槽还原剂制备区烟气脱硝烟气脱硝SCR系统主要包含烟道系统、氨喷射系统、反应器及吹灰系统。烟气脱硝声波吹灰器蒸汽吹灰器烟气脱硝氨喷射栅格和静态混合器催化剂NOXNH3N2H2O4NO+4NH3+O24N2+6H2O7N2+12H2O6NO2+8NH3副作用方程式SO2+1/2O2NH3+SO3+H2OSO3NH4HSO4基本反应方程式4NH3+5O2→4NO+6H2O(350℃）4NH3+4O2→2N2O+6H2O(350℃)操作温度：170~420℃催化剂SCR系统中的重要组成部分是催化剂，各种催化剂活性成分均为WO3和V2O5。当前流行的成熟催化剂有蜂窝式、波纹状和平板式等。平板式催化剂一般是以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成分的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成分混合物整体压成型；波纹状催化剂如起伏的波纹，从而形成小孔。催化剂蜂窝式波纹板式板式催化剂序号项目平板式蜂窝式说明1催化剂活性良良TiO2为载体，V2O5为主要的活性物质2抗飞灰磨损能力一般良只是在表面附着了一层活性物质，表面磨损后就失去催化作用3抗堵塞能力优一般板式几何形状弯角较少4烟气阻力良一般蜂窝在截面上和烟气接触界面大5催化剂体积一般优蜂窝式比表面积大，体积比平板式小6整体机械强度强一般蜂窝式基材全是TiO2，板式里有不锈钢骨架7抗热冲击能力一般优板式多层结构催化剂催化剂•化学催化剂中毒气相或粉尘中的物质使得催化剂中毒，如烟气中的As和碱金属使得活性位发生转化，气固反应使得催化剂材料发生改变。–SO3–As2O3–碱金属–碱土金属等催化剂•SO3对催化剂的影响–生成硫酸铵或硫酸氢铵物质，硫酸铵为白色固体，硫酸氢铵在160～220℃为黏性固体。–为了防止催化剂表面发生硫酸盐的沉积，需要将反应温度控制在最低允许操作之上，短期之内问题不严重，当温度高于分解温度时这些物质会重新分解，催化剂的的活性会得到恢复，但长期处于这个温度会使催化剂活性发生不可逆的变化。NH3+SO3+H2ONH4HSO4催化剂•碱金属或碱土金属元素对催化剂的影响–飞灰中含有一定的碱金属或碱土金属元素，如K、Na、Mg、Ca等。碱金属和碱土金属主要是造成催化剂表面的酸性下降，从而使得催化剂的活性下降。碱金属与活性位的结合程度相对不是很大，如果在有冷凝水存在的情况下催化剂的中毒性能会成倍增加。催化剂催化剂选型需要的基本信息包括：(需要业主提供）烟气条件：烟气量(标况）、反应温度、NOX浓度、SOX浓度、含氧量、含水量性能指标：脱硝效率、氨逃逸、、SO2/SO3的转化率、阻力灰分信息：用于了解引起催化剂中毒的物质的含量烟气温度/流场/浓度/氨氮比/角度等的偏差序号名称单位参数1速度分布偏差%±152温度分布偏差℃±103氨氮摩尔比偏差%±5催化剂生产工艺车间建筑面积6000㎡，配有3台日本Eirich混炼机、1台日本MiyazakiIronWorks挤出机（10MPa）、1台国产挤出机（25MPa）、12间干燥室、2条烧成网带隧道窑。可同时满足中低温SCR催化剂中试实验和生产需求，可年生产中低温脱硝催化剂3000m³。中低温SCR脱硝催化剂生产线中低温SCR脱硝催化剂中试生产线于2017年10月底完成主体工程建设，现已完成全部工段的仪器调试，第一批中低温脱硝催化剂于2017年12月底正式生产下线。中试生产线的建成也标志着国家工程实验室科研成果转化整体思路正式落地。催化剂生产工艺1.混炼2.挤出4.煅烧3.干燥5.切割6.组装生产流程催化剂生产工艺能够模拟全尺寸催化剂在SCR脱硝反应器中的烟气工况；反应器采用四层串并联布局，可以模拟1～4层反应器；考察催化剂在实际工况下的性能，包括：压降、脱硝效率、氨逃逸、活性、SO2/SO3转化率等。配气系统加热系统分析系统尾气处理系统等催化剂生产工艺名称浓度反应器压力微正压烟气量（m3/h、标态，湿基）50～400烟气温度（℃）100～450SO2浓度（ppm、干基）0～3000NO浓度（ppm、干基）0～2000NH3浓度（ppm、干基）0～2200O2（%，干基）0～20H2O（%）0～22评价系统可实现：产品质量检测性能评估产品研发等中低温催化剂的应用（焦化）焦炉烟气特点：焦炉排烟温度低(煤气种类、余热回收)，180-310℃;烟气成分复杂，对催化剂、CEMS可能影响；烟道负压靠自吸力，考虑烟囱热备、系统压力匹配；焦炉烟囱必须始终处于热备状态，即净化后的废气温度应高于烟气露点温度，以返回加热烟囱；烟气中的SO2处于波动状态，浓度最高500mg/Nm3。中低温催化剂的应用（焦化）•PM≤30mg/Nm3•SO2≤50(100)mg/Nm3•NOx≤500(200)mg/Nm3•PM≤15mg/Nm3•SO2≤35mg/Nm3•NOx≤150mg/Nm3•PM≤10mg/Nm3•SO2≤35mg/Nm3•NOx≤100mg/Nm3焦化排放标准特别限值建议限值中低温催化剂的应用（焦化）低温SCR脱硝+余热回收+湿式氨法脱硫技术优点：脱硝温度较高，一般为280℃左右。缺点：烟气中SO2含量和焦油等影响催化剂正常运行的成分高。中低温催化剂的应用（焦化）半干法脱硫+布袋除尘+低温SCR脱硝优点：烟气中SO2和焦油等影响催化剂正常运行的成分少。缺点：脱硝温度较低，一般为200℃左右。煤气粗脱硫净化炼焦烟气SDA干法脱硫布袋除尘中低温SCR脱硝深度减排中低温催化剂的应用（烧结）参数烧结烟气烟气量4000~6000Nm3/吨烧结矿烟气温度120~185℃含氧量14%~18%含湿量8%~13%SO2浓度400~5000mg/Nm3其它污染物二噁英,NOx,HF,HCl,重金属等烧结烟气排放量大，排放温度低，污染物复杂，包括了非常规污染物二噁英、重金属及卤化物等。因此，多污染物协同治理技术是有效的技术途径。中低温催化剂的应用（烧结）•PM≤50mg/Nm3•SO2≤200mg/Nm3•NOx≤300mg/Nm3•PM≤20mg/Nm3•SO2≤50mg/Nm3•NOx≤100mg/Nm3•二噁英≤0.25ng/Nm3•PM≤10mg/Nm3•SO2≤35mg/Nm3•NOx≤50mg/Nm3•二噁英≤0.15ng/m3烧结工序排放标准特别限值建议限值中低温催化剂的应用（烧结）活性炭催化剂多污染物一体化技术中低温催化剂的应用（烧结）中低温SCR脱硝技术技术中低温催化剂的应用（水泥）烟气特点：烟气温度范围：180～350℃；氮氧化物含量：320mg/Nm3；（前端已投运低氮改造和SNCR）二氧化硫含量：50～100mg/Nm3；粉尘浓度：60～120g/Nm3,主要以碳酸钙形式超低排放改造要求，水泥窑废气在基准氧含量10%的条件下，颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/Nm3、50mg/Nm3、100mg/Nm3位置温度面临问题高尘布置一级预热器出口处300～400℃烟气中粉尘含量高、碱金属高，易造成催化剂堵塞、磨损、中毒余热锅炉后200℃以下催化剂活性，高粉尘和碱金属含量中低温催化剂的应用（水泥）清灰喷氨生料均化库余热锅炉C1C3C2风机SCR反应器280~350℃中低温催化剂的应用（水泥）C3C2C1SCR脱硝180-220℃高温风机布袋除尘改造生料磨干法脱硫烟囱余热锅炉余热中低温催化剂的应用（玻璃）烟气特点：NOX浓度高、粉尘中含有大量碱金属、粉尘粘性强中低温催化剂的应用（玻璃）15100200中低温催化剂的应用（玻璃）高温段余热锅炉日用玻璃低硫烟气干法脱硫塔袋除尘器低温SCR脱硝反应器多污染物协同控制设备深度减排高温段余热锅炉浮法玻璃高硫烟气烟气调质反应器高温除尘器SCR脱硝反应器低温段余热锅炉干法脱硫塔袋除尘器深度减排天然气低硫烟气治理工艺流程简图重油/石油焦燃料烟气治理工艺流程简图中低温催化剂的应用（垃圾焚烧）城市生活垃圾焚烧后烟气特性：a)烟气含湿量大。这是因为垃圾中原本的含水量就大，而且在燃烧中一些碳氢化合物也生成水汽。一般含湿量在23%～30%。b)因垃圾成分复杂，燃烧后产生的烟尘中有毒、有害成分也复杂，其中包括一些微量的重金属，如贡、镉、铅、铜等。而且产生的颗粒物的粒度也比较细，粘度还高；c)烟气成分复杂。与燃煤锅炉不同，它不但含有O2、SOX、CO2、NOX等外，还有HCl、HF等酸性气体。d)由于燃烧中还产生二噁英和呋喃等致癌物质，对人体及其有害。e)烟尘粒径细、粘度高。中低温催化剂的应用（垃圾焚烧）SNCR脱硝+半干法+干法喷射系统+活性炭喷射系统+布袋除尘器+SCR系统中低温催化剂的应用（垃圾焚烧）•3.2垃圾焚烧锅炉脱硝：城市生活垃圾焚烧后的排放物浓度及处理措施•烟尘浓度10000mg/Nm3通过布袋除尘•HCl1200mg/Nm3通过干法脱酸•SOx600mg/Nm3通过干法脱酸•HF10mg/Nm3通过干法脱酸•NOx400mg/Nm3通过脱硝•Hg1mg/Nm3通过脱酸活性炭吸附•Cd（镉）1mg/Nm3通过脱酸、脱硝•Pb、Cu、As、Sb总量100mg/Nm3脱酸、脱