選擇性催化還原廢氣脫硝的技術及應用

廢氣脫硝是目前發達普遍采用的減少NOx排放(fàng)的方法，應用較多的有選擇性催化還原法(Selective catalytic reduction，簡稱SCR)、選擇性非催化還原法(Selective non-catalytic reduction，以下(xià)簡稱SNCR)。SCR的脫硝率可達90%以上。SCR的發明權屬于美國，而日本率先于20世紀70年代實現其商(shāng)業化應用。目前該技術在發達已經得到了比較廣泛的應用。日本有93%以上的廢氣脫硝采用SCR，運行裝置超過300套。德國于20世紀80年代引進該技術，并規定發電(diàn)量50 MW以上的電(diàn)廠都得配備SCR裝置。台灣有100套以上的SCR裝置在運行。大(dà)慶石化總廠化肥廠、川化集團公司、北(běi)京燕山石化公司合成橡膠廠和福建漳州電(diàn)廠等也從國外(wài)引進了SCR裝置。

1 技術原理

有多種還原劑(CH4、H2、CO和NH3)可以将NOx還原成N2，尤其是NH3可以按下(xià)式選擇性地和NOx反應：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O (1)

8NH3+6NO2 =7N2+12H2O (2)

通過使用适當的催化劑，上述反應可以在200~450℃的範圍内有效進行。在NH3/NOx爲1(摩爾比)的條件下(xià)，可以得到80%~90%的脫硝率。在反應過程中(zhōng)，NH3有選擇性地和NOx反應生(shēng)成N2和H2O，而不是被O2所氧化。

2 工(gōng)藝流程

SCR廢氣脫硫裝置的工(gōng)藝流程如圖1所示，主要由氨氣供應系統、氨氣控制系統、催化劑、排氣系統、預熱系統和反應器等組成。液氨由槽車(chē)運送到液氨儲罐，液氨儲槽輸出的液氨在蒸發器内蒸發爲氨氣，并将氨氣加熱到常溫後，送到氨氣緩沖罐備用。氨氣緩沖罐的氨氣經調壓閥減壓後，通過噴氨格栅的噴嘴噴入廢氣中(zhōng)與廢氣混合，再經靜态混合器充分(fēn)混合後進入催化反應器。當廢氣溫度低時，預熱系統用來加熱廢氣。達到反應溫度且與氨氣充分(fēn)混合的廢氣流經SCR反應器的催化層時，氨氣與NOx發生(shēng)催化氧化還原反應，将NOx還原爲無害的N2和H2O。

3 運行控制

3.1 催化劑的活性

催化劑是SCR技術的核心，其形狀般爲闆式或蜂窩式。由于蜂窩式催化劑良的耐久性、耐腐性、高可靠性，高反複利用率、低壓降，故使用的較廣泛。常用的催化劑主要成分(fēn)爲V2O5/TiO2。蜂窩式催化劑的斷面尺寸般爲：150 mm×150 mm;長度400 mm~1000 mm。SCR裝置的運行成本在很大(dà)程度上取決于催化劑的壽命。其使用壽命又(yòu)取決于催化劑活性的衰減速度。催化劑的失活分(fēn)爲物(wù)理失活和化學失活。典型的SCR催化劑化學失活主要是堿金屬(如Na、K、Ca等)和重金屬(如As、Pt、Pb等)引起的催化劑中(zhōng)毒。堿金屬吸附在催化劑的毛細孔表面，金屬氧化物(wù)(如MgO、KaO等)中(zhōng)和催化劑表面的SO3生(shēng)成硫化物(wù)而造成催化劑中(zhōng)毒。砷中(zhōng)毒是廢氣中(zhōng)的三氧化二砷與催化劑結合引起的。催化劑物(wù)理失活主要是指高溫燒結、磨損和固體(tǐ)顆粒沉積堵塞而引起催化劑活性破壞。

SCR系統所出現的磨損和堵塞可以通過反應器的化設計(設置自動的導流葉片裝置，倒轉氨的噴射方向使之與流動方向相反)加以緩解。如果廢氣中(zhōng)有粉塵，爲了保證催化劑表面的潔淨，在反應器中(zhōng)安裝吹灰器是很有必要的。

如果廢氣中(zhōng)含有能使催化劑中(zhōng)毒的固體(tǐ)顆粒物(wù)，則廢氣需進行預處理，比如采用靜電(diàn)除塵、加入脫砷劑等，去(qù)除催化劑毒物(wù)級固體(tǐ)顆粒物(wù)，避免催化劑中(zhōng)毒。