SCR脱硝技术

SCR脱硝技术及其脱硝催化剂生产工艺1、概述SCR(selectivecatalyticreduction)是烟气选择性催化还原法脱硝技术的简称，是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3）“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。也就是说SCR工艺的实质就是燃煤锅炉排放烟气中的NOx污染物与喷入烟道的还原剂NH3，在催化剂的作用下发生氧化还原反应，生成无害的N2和H2O。该工艺于20世纪70年代末首先在日本开发成功，80年代和90年代以后，欧洲和美国相继投入工业应用，现已在世界范围内成为大型工业锅炉烟气脱硝的主流工艺。为避免烟气再加热消耗能量，一般将SCR反应器布置在锅炉省煤器出口与空气预热器之间，即高飞灰布置。此时烟气温度（300℃-430℃）正好是催化剂的最佳活性温度窗口。氨气在加入空气预热器前的水平管道上加入，与烟气混合，NOx在催化剂的作用下被还原为N2和H2O。目前常规应用的SCR技术为中温催化剂(280℃-420℃)，而现在正在研究开发的低温催化剂，可应用于200℃以下的烟气温度。2、SCR反应过程SCR技术是在金属氧化物催化剂作用下，以NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。NH3不和烟气中的残余的O2反应，而如果采用H2、CO、CH4等还原剂，它们在还原NOx的同时会与O2作用，因此称这种方法为“选择性”。主要反应方程式为：4NH3+4NO+O2─4N2+6H2O(1)NO+NO2+2NH3─2N2+3H2O(2)3、SCR系统设计条件•烟气流量•烟气温度•烟气成分和灰分成分•烟气入口NOx浓度•脱硝效率•空间速率•NH3/NOx摩尔比•SO2转化率•NH3逃逸率•反应器运行压降4、SCR脱硝系统主要装置•氨存储和供应系统•氨/空气喷射系统•SCR反应器•SCR催化剂•SCR控制系统•吹灰和灰输送系统5、SCR催化反应还原剂用于SCR烟气脱硝的还原剂一般有3种：液氨、氨水、及尿素。3种还原剂各有特点。液氨一般采用纯度为99.8%的氨，无杂质，储存在压力容器中。氨水一般运用浓度为20%-30%的氨水，运输时体积大，质量重，蒸发过程需要消耗大量电力。尿素呈颗粒状，储罐需要加热，尿素需要被溶解在水中，在制取蒸汽时需要被分级与蒸发，有热解法和水解法尿素制氨。6、化学组成分类催化剂是SCR技术的核心部分，决定了SCR系统的脱硝效率和经济性，其建设成本占烟气脱硝工程成本的40%以上。用于SCR系统的催化剂根据化学组成有三种类型分别是贵金属、金属氧化物、沸石分子筛。贵金属催化剂贵金属催化剂是最早使用于SCR反应的催化剂，其催化反应的活性温度范围较小，通常在300℃以下，且价格昂贵。金属氧化物催化剂金属氧化物催化剂是目前研究最多，也是最成熟的催化剂。目前在工程中使用最多的是以锐钛矿结构的TiO2为载体的钒类催化剂（V2O5/TiO2).其中V2O5是主要的活性组分，但同时V2O5也能将SO2氧化成SO3,因此通常V2O5含量较低在（0.3%-1.5%）。TiO2是载体，钒的氧化物在锐钛矿结构的TiO2表面有很大的分散度。为保证催化效果还要加入助催化剂WO3或MoO3，WO3或MoO3使用量较大在（4.5%-7%），助催化剂的作用是增强催化剂活性和热稳定性。此外，MoO3还具有防止烟气中砷中毒。沸石分子筛催化剂沸石分子筛类型催化剂最早应用于催化裂化、加氢裂化和甲醇制汽油等领域。其作为在SCR反应的催化剂主要用于较高温度的燃气电厂和内燃机的SCR系统中。7、物理外观分类SCR脱硝催化剂按物理外观分类主要有蜂窝式、板式及波纹式3种，目前蜂窝式和板式催化剂市场占有率在96%以上，其中蜂窝式催化剂占70%以上。蜂窝式催化剂蜂窝式催化剂是目前使用最为广泛的一种催化剂。蜂窝式催化剂TiO2－V2O5－WO3体系有两种形式，一种是以TiO2为主要原料和活性成份混合物整体挤出成型的均质整体式蜂窝催化剂结构，一种是具有涂层结构的蜂窝陶瓷催化剂。整体式挤出成型,其特点是通体具有活性，比表面积大，脱硝效率高，抗中毒能力强，耐磨损，使用寿命长等优点，适合灰分低于50g/m3、灰粘性较小的烟气环境。我公司采用的生产技术是均质整体式挤出成型蜂窝式催化剂。板式催化剂板式催化剂是以金属板网为骨架,采取双侧挤压的方式将活性材料与金属板结合成型。其特点是:具有较强的抗腐蚀和防堵塞特性,适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境。其缺点是单位体积的催化剂活性低、相对荷载高、体积大,使用的钢结构多。波纹状催化剂波纹式催化剂的制作是采用玻璃纤维板作为基材浸渍烧结成型，这种催化剂的孔径相对较小，一般适用于含灰量较低的烟气环境。不同结构催化剂性能比较性能参数板式蜂窝式波纹板式基材不锈钢金属板整体挤压玻璃纤维板氧化率中高中压力损失低高中抗腐蚀性好一般一般抗堵塞性好中中蜂窝式SCR脱硝催化剂规格节距(mm)9.48.27.47.06.04.3催化剂单元数(个)16×1618x1820x2021x2125x2535x35孔径(mm)8.37.26.46.15.03.7内壁厚度(mm)1.11.01.00.90.80.6截面尺寸(mm)150x150最大长度(mm)600—1400应用场合煤煤煤煤/油油/气油/气蜂窝式SCR脱硝催化剂的性能（21孔）序号性能数据单位1基材TiO2%2活性物质V2O、WO3%3比表面积400m2/m34孔隙率75%5催化剂化学寿命24000Hr6催化剂机械寿命72000Hr7NOx脱除率＞75%8NH3逃逸率＜3ppm9SO2氧化率＜1%10运行温度范围280-420℃11轴向机械强度＞2.0MPa横向机械强度＞0.6MPa12磨耗率0.15(未硬化)0.10（硬化后）%/kg8、催化剂的应用范围在烟气脱氮处理中，由于烟气的冲刷和磨损,应使用均质整体式蜂窝式催化剂结构为好,使用表面涂层的蜂窝式催化剂结构活性材料容易磨损和脱落。另外，在蜂窝式催化剂迎流面涂有硬化层并装有不锈钢网，防止磨损和堵灰。蜂窝式催化剂可以通过更换挤出模具方便地调节蜂窝的孔径和壁厚，从而提高表面积，因此应用范围很宽，其市场占有率约70%，应用范围为：•燃煤电厂•垃圾焚烧炉•燃气轮机•化工厂•钢铁厂•水泥厂•工业窑炉•乙烯裂解炉•其他需要脱硝的各类工业企业9、蜂窝式脱硝催化剂的生产工艺主要生产工艺介绍蜂窝式催化剂的生产工艺大致可分为八个部分:⑴原料浸渍混合工序；本工序的任务是在强力混合机里根据原料配比将主材料与一些辅助材料先进行充分混合，然后将制备好的钒溶液加入浸渍混合，再分批加入粘合剂、表面活性剂、塑化剂混合，制成塑性好的物料装入布袋陈腐。⑵过滤预挤出工序；该工序是原料混合后的下一道工序，把混合均匀的湿式物料通过过滤预挤出机，捏合、过滤，预挤出使物料塑性更好，并且过滤使得混合物料中的杂质和颗粒去除，易于下一道工序的挤出成型。⑶真空挤出成型工序；在真空挤出成型机里物料通过抽真空，消除气泡、增加密度。利用蜂窝状模具挤出成型蜂窝式催化剂湿坯，然后根据预先制定好的长度进行切割。⑷一次干燥工序；将挤出成型的蜂窝式催化剂湿坯送入室式一次干燥室在湿热的空气中缓慢干燥，注意温度和湿度的控制，保证干燥曲线的精确运行。⑸二次干燥工序；将已进行过一次干燥的制品再送入二次干燥隧道窑，进行二次干燥，二次干燥不需要湿度控制，在热空气中进一步脱水干燥。⑹催化剂煅烧工序；经过二次干燥后的制品送入网带窑进行煅烧，煅烧的目的是脱除有机物，氧化活性金属，提高制品的机械强度。⑺催化剂切割工序；经过煅烧后的催化剂产品按照所需尺寸用双头带锯切割机最终切割。切割后的蜂窝催化剂用吸尘器吸净切割断面的粉尘。⑻催化剂模块安装工序。把切割后的催化剂单体安装到一个金属框架结构的箱体里，组装成模块，便于运输和工程安装。10、催化剂的再生技术在SCR脱硝过程中，由于烟气中存在的灰分和其它的杂质以及有毒的化学成分等，从而降低了催化剂的活性。当催化剂的活性降低到一定的程度，不能满足脱硝性能要求时，就必须对催化剂进行更换。对于失活的催化剂，首先考虑的处理方式是催化剂的再生。催化剂的再生是把失去活性的催化剂高压冲洗、浸泡洗涤，然后添加活性组分以及烘干的程序使催化剂恢复大部分活性，再生过后的催化剂活性为原始催化剂活性的60%-80%。11、废旧催化剂的处理废旧催化剂指已经失效并且失去机械强度的催化剂。由于废旧的催化剂含有V2O5危险成分，催化剂必须在获得许可证的危险废物填满处理厂进行处理。另一个处理方法是将这些废旧催化剂研磨后与燃煤混合，喂入燃煤电厂锅炉进行燃烧。经热解后的催化剂材料与粉煤灰一起处置。经研磨的催化剂材料也可被用作水泥或制砖行业。回收利用是通过各种物理、化学方法把催化剂中有用的部分提取出来循环利用，但是，目前这种方法价格比较昂贵。12、催化剂的市场前景作为SCR的核心部件催化剂，是获得较高脱硝效率的关键。一般情况下，1MW机组脱硝需要0.6～0.8m3蜂窝式催化剂。从容量分析，在过去的2013年，由于燃煤电厂新建机组和老机组改造造成脱硝催化剂需求量骤增，造成生产厂家爆发式的增长，脱硝催化剂年需求量达到100000m3。随着时间的推移，由于催化剂的添加和更换，催化剂的需求量还会有一定的增长。但到2015年之后随着老机组的改造完成，新建机组不断减少，初装催化剂量会骤减，因而会造成催化剂需求量大幅下降。从2021年后稳定在每年50000～90000m3。而我国目前主要生产商的催化剂产能约在85000m3，相对于市场需求仍有一定的空间，但是市场竞争将会是非常激烈的，我们将积极地面对市场，挑战新的机遇，开发新领域的脱硝催化剂，为我国的环保事业做出贡献。