脱硝催化剂技术

选择性催化还原法(SCR)处理氮氧化物废气

2019年02月06日 热度:764 ℃

一、工艺原理

选择性催化还原法(Selective CatalyticReduction,SCR)是指在催化剂的作用下,利用还原剂(如NH3、液氨、尿素)来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。首先由美国的Engelhard公司发现并于1957年申请专利,后来日本在该国环保政策的驱动下,成功研制出了现今被广泛使用的V2O5/TiO2催化剂,并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用。SCR技术对烟气NOx控制效果十分显著、技术较为成熟,目前已成为世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。合理的布置及温度范围下,可达到80~90%的脱除率。反应温度在290-400℃,几乎不发生NH3与O2的氧化反应,从而提高了N2的选择性,减少了NH3的消耗。

其中主要反应如下:

4NH3+6NO→5N2+6H2O

8NH3+6NO2→7N2+12H2O

虽然是选择性催化还原,但在一定条件下还会出现以下副反应:

4NH3+3O2→2N2+6H2O+1267.1kJ

2NH3→N2+3H2-91.94kJ

4NH3+5O2→4NO+6H2O+907.3kJ

SCR系统由氨供应系统、氨气/空气喷射系统、催化反应系统以及控制系统等组成,氨气需要与废气充分混合。

催化反应系统是SCR 工艺的核心,设有NH3的喷嘴和灰尘的吹扫装置,加入氨气后的烟气顺着烟道进入装载了催化剂的SCR 反应器,在催化剂的表面发生NH3催化还原成N2。催化剂是整个SCR系统关键,催化剂的设计和选择是由烟气条件、组分来确定的,影响其设计的三个相互作用的因素是NOx脱除率、NH3的逃逸率和催化剂体积。目前普遍使用的是商用钒系催化剂,如V2O5/TiO2和V2O5-WO3/TiO2。在形式上主要有板式、蜂窝式和波纹板式三种。该工艺于20 世纪70年代末首先在日本开发成功,80 年代以后,欧洲和美国相继投入工业应用。在NH3/NOx的摩尔比为1时,NOx的脱除率可达90%,NH3的逃逸量控制在5 mg/L以下。

二、工艺流程

三、操作条件

1、催化剂

  选择性催化还原的催化剂,可以用贵金属催化剂,也可以用非贵金属催化剂。以氨为还原剂来还原氮氧化物的过程较易进行,非贵金属中的铜、铁、钒、铬、锰等可起有效的催化作用。

2、氨还原法流程

  氨催化还原法治理硝酸生产的尾气流程如图:

  将含氮氧化物的废气除尘、脱硫、干燥并预热至240~250℃,然后和经过净化的氨以一定比例在混合器内混合。一定温度的混合气进入催化反应器,在选定的温度下进行还原反应。反应后的气体经分离器除去催化剂粉末,再经预热回收装置释放热量后排放。催化还原反应器构造如图:

3、工艺条件

  反应空速12000h-1;反应器入口温度220~230℃;

NH3/NOx物质的量比值1.2~1.6;床层压降9.6~39.2kPa。

四、影响因素

a.催化剂不同的催化剂有不同的活性,因而反应温度和净化效率也不同,具体情况见表:

b.反应温度反应温度更适宜,才能有较高的净化效率,铜铬催化剂在350℃以下时,随反应温度的升高,净化效率增加;超过350℃则副反应增加,净化效率反而下降。铂催化剂的反应温度在225~255℃为宜,过低会生成NH4NO3和NH4NO2。

c.空间速度适宜的空速才能获得较高的净化效率,其值应通过实验确定。

d.还原剂用量常用NH3/NOx的物质的量比来衡量,该值小于1时,反应不完全,1~1.4之间有一个飞跃点,再大时增加氨耗,并造成污染。生产上控制1.4~1.5。

e.尾气中其他成分的影响 NOx和O2含量对净化效率没有影响。但粉尘、SO2、玻璃熔炉和水泥窖排出的碱性气体,都可使催化剂中毒,应进行预处理。

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