脱硝催化剂常识

选择性非催化还原法处理氮氧化物废气

2019年02月07日 热度:283 ℃

一、工艺简介

SCR技术的催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的40%左右,其运行成本很大程度上受催化剂寿命的影响,选择性非催化还原法(SNCR)脱硝技术应运而生。选择性非催化还原法技术是一种不用催化剂,在850℃~1100℃范围内还原NOx的方法,还原剂常用氨或尿素,最初由美国的Exxon公司发明并于1974在日本成功投入工业应用,后经美国Fuel Tech公司推广,目前美国是世界上应用实例最多的国家。

其原理是,用不同的还原剂,在一定温度和催化剂的作用下将NOx还原为无害的氮气和水,通称为催化还原法。净化过程中,可依还原剂是否与气体中的氧气发生反应分为非选择性催化还原和选择性催化还原两类。

含NOx的气体,在一定温度和催化剂的作用下,与还原剂发生反应,其中的二氧化氮还原为氮气,同时还原剂与气体中的氧气发生反应生成水和二氧化碳。还原剂有氢、甲烷、一氧化碳和低烃类化合物。在工业上可选用合成氨释放气、焦炉气、天然气、炼油厂尾气和气化石脑油等作为还原剂。一般将这些气体统称为燃料气。

H2+NO2→H2O+NO

2H2+O2→2H2O

2H2+2NO→2H2O+N2

CH4+4NO2→CO2+4NO+2H2O

CH4+2O2→CO2+2H2O

CH4+4NO→CO2+2N2+2H2O

4CO+2NO2→N2+4CO2

2CO+O2→2CO2

2CO+2NO→N2+2CO2

反应的第一步是将有色的NO2还原为无色的NO,通常称为脱色反应,反应过程大量放热;后一步将NO还原为N2,通常称为消除反应。消除反应比脱色反应和还原剂的氧化反应慢得多,因而必须用足够的还原剂,才能保证他的充分进行。工程上把还原剂的实际用量与理论计算量的比值(又称燃料比)控制在1.10~1.20的范围内,相应的净化率可达90%以上。

二、催化剂

用贵金属铂、钯可作为非选择性催化还原的催化剂,通常以0.1%~1%的贵金属负载于氧化铝载体上。催化剂的还原活性随金属含量的增加而增加,以0.4%为宜。另外也可将铂或钯镀在镍合金上,制成波纹网,再卷成柱状蜂窝体。

① 铂和钯的比较 低于500℃时,铂的活性优于钯,高于500℃时,钯的活性优于铂。钯催化剂的起燃温度低,价格又相对便宜,但对硫较敏感,高温易于氧化,因而它多用于硝酸尾气的净化,而对烟气等含硫化物气体的净化,则需预先脱硫。

② 非贵金属催化剂 如25%CuOhe CuCrO2,活性比铂催化剂低,但价廉。

③ 载体 常用氧化铝-氧化硅和氧化铝-氧化镁型。形状分球状、柱状、蜂窝状,在氧化铝表面镀上一层ThO2或ZrO2可提高载体的耐热、耐酸性。

三、影响脱除效率的主要因素

1、催化剂的活性 催化剂的活性是影响脱除效率的重要因素之一。要选用活性好、机械强度大、耐磨损的催化剂,并注意保持催化剂的活性,减少磨损,防止催化剂的中毒和积炭。减少磨损的方法是采取较低的气流速度,并尽量使气流稳定。防止中毒的办法是预先除去燃料气和废气中的硫,砷等有害杂质。防止积炭碳的办法是控制适当的燃料比,在燃料气中添加少量水蒸气也利于避免积碳。

2、预热温度和反应温度 用几种不同的燃料气作还原剂时,其起燃温度不同,因而要求的预热温度也不同。如果作为还原剂的燃料气达不到要求的预热温度,则不能很好的进行还原反应,脱除效果不好。

反应温度控制在823K到1073K之间,脱除效率最高。温度低,氮氧化物的转化率低;而温度超过1088K,催化剂就会被烧坏,以至催化剂活性降低,寿命减少。

反应温度除与起燃温度、预热温度有关外,还与废气中氧含量有关。当起燃温度高、废气中氧含量大时,反应温度高;反之,反应温度低。

3、空速 空速的选择与选用的催化剂即反应温度有关。国内试验用铂、钯催化剂,在773~1073K的温度条件下,空速在11.1~27.8s-1,能使氮氧化物浓度降到200*10-6以下。

4、还原剂用量 根据废气中氮氧化物和氧气的含量,可计算出还原剂的用量。由试验可知,当燃料比等于和大于100%时,氮氧化物的转化率一般可达92%以上。但燃料比降为90%时,转化率降到70%~80%。这说明还原剂的量不足,会严重影响对氮氧化物的脱除效果。但还原剂量过大,不仅使原料消耗增加,还会引起催化剂表面积碳。一般将燃料比控制子啊110%~120%为宜。

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