对电厂中烟气脱硝治理的研究进展

对电厂中烟气脱硝治理的研究进展胡永嘉(广西大学化学化工学院南宁54004)摘要:对于电厂烟气脱硝的治理在我国已经迫在眉睫，当前最广泛应用的烟气脱硝技术是选择性催化还原(SCR)，而催化剂是SCR工艺的核心，对催化剂的改良与了解还存在着较大的研究空间。本文对在其催化剂上进行不同负载改性，控制脱硝温度等条件对脱硝效率的影响进行研究。关键词：烟气脱硝;SCR;负载Abstract:thepowerplantfluegasdenitrationdenitrationgovernanceinourcountryisimminent,themostextensiveapplicationoffluegasDeNOxTechnologyisselectivecatalyticreduction(SCR)andcatalystisthecoreofSCRtechnology,alargeresearchspacestillexistintheunderstandingandimprovementofthecatalyst.Inthispaper,theeffectsofdifferentloadingconditionsonthecatalyst,thetemperatureofdenitrificationwasstudied.Keywords:NOremoval；SCR；load引言随着我国经济发展，化石能源的消耗量增加惊人，伴随着发展，大气的污染问题也被摆在了人们面前。我国目前95%以上的火电厂是以燃煤为主，燃烧过程中各项指标都已经趋于完善，唯有氮氧化物的污染尚未得到有效的控制。图1-1NOx排放全球分布情况如图1-1所示，我国与世界其他国家在氮氧化物排放治理上有着明显的差距，大部分的发达国家早就对大气中氮氧化物的污染和治理给予了重视，电厂的氮氧化物污染控制技术先进并有严格的排放标准。与这些国家比较下不难看出我国的氮氧化物污染治理迫在眉睫。那么提高电厂烟气脱硝效率与改善相关工艺条件的必要性就体现了出来。在没有催化剂的情况下，电厂的反应只能在很窄的温度区间内(980℃左右)进行，通过选择合适的催化剂，可以降低反应温度，并且可以扩展到适合电厂实际工况的290℃～430℃范围。［2］1.SCR工艺介绍目前我国大部分电厂采用的都是SCR法脱除烟气中的氮氧化物，其中针对催化剂进行改良与研究脱硝温度对脱硝效率的影响是主要突破口。SCR工艺具体指的是电厂烟气从省煤器出来后通过SCR入口烟道进入SCR反应器，在SCR入口烟道上设有氨气喷射装置，将还原剂均匀的喷射到SCR中，使喷入的还原剂与烟气中的NOx充分混合，烟气通过导流板均匀分布后流过催化剂床层，在催化剂作用下NH3与NOx反应生成无二次污染的N2和H2O，随烟气流经锅炉空预器、除尘、脱硫装置后进入烟囱排放。在氨选择催化反应过程中,NH3可以选择性地与NOx发生反应,而不是被O2氧化,因此,反应被称为“选择性”。［3］主要反应式如下:4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(1)6NO+4HN3→5N2+6H2O(2)2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(3)6NO2+8NH3→7N2+12H2O(4)2.在SCR工艺使用催化剂上进行不同负载改性2.1在AC-N上负载Fe2O3图2-1负载Fe2O3前后NO去除率随温度变化图通过钟婷姗［4］的研究显示了当温度区间为80℃～280℃时无负载物的AC-N和负载了5%Fe2O3-AC-N的NO脱除率。AC-N的NO脱除率随着温度的升高出现了凹字型的走势，在180℃温度附近出现最低值，在80℃温度附近出现了最高值43.8%,但负载了5%Fe2O3的AC-N在整个温度区间脱除率明显随温度升高而升高，最后在280℃出去除率接近70%。由此可见负载Fe2O3对AC-N的脱硝效率有明显的提升。图2-2不同Fe2O3负载量处理前后随温度变化图如图所示2-2，脱硝效率并不是随着Fe2O3负载量的增加而升高，而是在负载量为5％时效果最佳。在80℃～180℃范围内脱硝率从48％上升到60％，在230℃脱除率有所下降，但总体保持在58％，在280℃时脱除率上升到70％。通过总结可以看出铁氧化物不同的负载量也大大影响着催化剂的脱硝性能。负载量过低，作为活性物质的Fe2O3比较少，催化剂表面的活性点不够。所以增加Fe2O3的负载量，即增加催化剂表面的活性炭，提高了其催化性能。但Fe2O3的负载量高到一定程度时，使催化剂表面积下降，不利于NH3的吸收，从而降低其性能。2.2在AC上负载V2O5图3-1不同反应温度下V2O5/AC的脱硝效果从图3-1看到，随着V2O5负载率的增加，脱硝效果逐渐增加，当V2O5负载率为5%的时候，脱硝效果达到最佳值，去除率为43%。之后V2O5负载率的增加对提升脱硝效果不起作用，甚至还略有降低，但降幅有限，NO的转化率仍维持在40%以上。因此，实验中最佳V2O5负载率为5%[5]。李攀[6]的试验以煤质活性焦为载体制备了V2O5/AC催化剂，发现当温度由80℃升至250℃时，AC自身的脱硝活性由50%逐渐降至20%，但负载5%(质量)V2O5后，脱硝活性由100℃时的30%升高至250℃时的100%。图3-2不同V2O5负载率的脱硝效果如图3-2所示，虽然V2O5的负载对AC催化剂有着积极作用，但过量的V2O5负载越多，催化剂脱硝效果就会越好。V2O5担载量较低时，钒活性位少，但是表面吸附的SO2较少，吸附NH3后形成的硫酸铵盐也少，脱硝活性较高，而V2O5担载量较高时，钒活性位多，表面吸附的SO2较多，吸附NH3后形成的硫酸铵盐也多，脱硝活性较低，综合考虑V2O5担载量对V2O5/ACH催化剂吸附硫容和NO脱除率的影响，适宜的V2O5担载量为4%～6%2.3在AC上负载Ce图4-1不同温度对Ce／Ac脱硝活性的影响如图4-1所示，显示当Ce负载量５％，在90℃～210℃温度区间内，负载Ce的催化剂对NＯ转化率受温度影响。在90℃～150℃范围内，催化剂的脱硝效率随温度的上升而增加且幅度较大，温度150℃时，NO的转化率达到97.1％；当反应温度超过150℃后，NO的脱除率趋于平稳，210℃时，NO的转化率接近100％，可见在温度为120℃～210℃区间内，催化剂有较好的活性。图4-2不同Ce负载量对脱硝活性的影响如图可看出当Ce氧化物负载量为1％时，催化剂的脱硝率相比于其他负载量的催化剂有明显的差距，其原因是Ce负载量较低时，作为活性物质的铈氧化物含量不足［8］，表现脱线效率远低。当负载量＞3％时，催化剂的脱硝效率大大增加，当温度区间为120℃～150℃时，只要催化剂的Ce负载量达到了3％～10％，其脱硝率均达到97％以上，但是总体区分度不大，证明了负载了一定量的Ce催化剂对NOｘ的脱除活性很高，但负载量只需适当，并不是越多的负载量对催化剂的帮助越大。［9］3.结论通过三个例子的比较不难看出，将现有的电厂催化剂分别负载上Fe，V与Ce的氧化活性物质均能提高催化剂的脱硝效率，三个例子一致的反应了活化剂的负载需要达到一定的量，但也反应了在催化剂上负载活性物质的量并不是越多越好，因为会影响到催化剂的比表面积，负载改性的作用小等于负载活性物质对催化剂的影响，经过比较发现5%的负载量基本能满足需求。其中负载了Ce的催化剂脱硝效率提升幅度最大，条件适当时可接近100%，负载V的催化剂次之，负载Fe的催化剂相比于其他两组就差了很多。参考同位素周期表就可以发现，所使用的物质离第ⅢB族越近，其脱硝效率越高且达到较高脱硝效率需要的温度越低，越有利于电厂减小脱硝能耗。但考虑到Ce为稀有金属，不容易获得，可以考虑使用同族元素代替，例如Ti。，在现有研究中，已有不少研究人员着手非单一改性剂的研究，其中Mn/Cr按一定比例负载也能有很好的脱硝效果。今后研究将重点考虑Ti2O3与其他活性物质相结合的方式进行负载和控制温度对催化剂的影响，今使负载活性物质的低温催化剂能早日应用到工程实践中。参考文献：[1]金瑞奔.负载型Mn-Ce系列低温SCR脱硝催化剂制备、反应机理及抗硫性能研究[D].浙江大学:浙江大学,2010.[2]赵毅,朱洪涛,安晓玲,苏蓬.燃煤电厂SCR烟气脱硝技术的研究[J].电力环境保护,2009,01:7-10.[3]贾海娟.SCR烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用[J].电力科技与环保,2012,06:10-11.[4]钟婷姗,.Fe/AC低温SCR催化剂制备及脱硝性能研究[J].科技风,2013,(6).[5]梁贺升,邱罡,陈少瑾,.负载型活性碳纤维低温脱硝性能的研究[J].广东化工,2014,(24).[6]李攀.V_2O_5/AC催化剂脱硝过程中若干重要问题的研究[D].北京化工大学,2012.[7]马建蓉,刘振宇,黄张根,等.NH3在V2O5/AC催化剂表面的吸附与氧化[J].催化学报,2006,27(1):91～96.[8］沈伯雄，史展亮，施建伟，等．基于CeO2／ＡＣＦＮ的低温SCR烟气脱硝性能研究［J］．燃料化学学报，2007，35：125－12[9]赵欣,李建军.Ce/AC低温脱硝催化剂的性能研究[J].四川化工,2013,06:5-9.