活性炭吸附脱硝催化剂制备与性能研究

第４６卷第１期　２０１２年１月　生　物　质　化　学　工　程　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４６　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１２　

・综述评论——生物质材料・　

脱硫脱硝用活性炭研究进展　

谢新苹，蒋剑　，孙康，卢辛成　

（中国林业科学研究院林产化学工业研究所；生物质化学利用国家工程实验室；国家林业局林产化学工程　重点开放性实验室；江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏南京２１００４２）　

摘要：化石燃料的使用过程中产生大量的含硫、氮氧化物以及二氧化碳的烟气，造成了酸雨和温室效应。活性炭作为　

一种清洁高效的选择性吸附剂，对化石资源加工过程中的脱硫脱硝发挥越来越重要的作用。其脱硫脱硝性能与孔隙结　构以及表面官能团等物理化学性质具有十分密切的关系。本文介绍了活性炭脱硫脱硝的吸附机理，国内外活性炭脱硫　脱硝研究现状和存在的问题，重点对活性炭类型和改性活性炭用于脱硫脱硝进行了系统总结。　关键词：活性炭；脱硫；脱硝　中图分类号：ＴＱ３５１；ＴＱ４２４．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５８５４（２０１２）０ｌ一００４５—０６　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　ｆｏｒ　Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎ　

ＸＩＥ　Ｘｉｎ—ｐｉｎｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｃｈｕｎ，ＳＵＮ　Ｋａｎｇ，ＬＵ　Ｘｉｎ—ｃｈｅｎｇ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＣＡＦ；Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｌａｂ．ｆｏｒ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｋｅｙ　ａｎｄ　Ｏｐｅｎ　ｔａｂ．ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳＦＡ；Ｋｅｙ　Ｌａｂ．ｏｆ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４２，Ｃｈｉｎａ）　

活性炭脱硫脱硝系统颗粒物排放的影响因素

摘要：当前活性炭脱硫脱硝系统可同步脱除烧结烟气中SO2、NOX、颗粒物、重金属等多种污染物，在烧结烟气治理过程中得到了广泛应用。关键词：活性炭脱硫脱硝系统；颗粒物；排放；影响因素

引言

随着生态环境保护要求日趋严格，火电机组烟气污染物排放的要求也随之提高。氮氧化物（NOx）作为火电机组主要排放的大气污染物之一，其排放浓度不得超过50mg/Nm3。为满足NOx排放量的规定，火电机组主要采用SCR烟气脱硝技术控制NOx的排放量，但SCR脱硝系统具有大时延、大滞后、时变和非线性等特点，采用传统的PID控制调节品质较差，难以实现对出口NOx的精准控制。因此，研究SCR脱硝系统优化控制具有重要意义。

1活性炭脱除颗粒物影响因素

经烧结机头电除尘器过滤后的烧结烟气中颗粒物粒度细、疏水性强、矿物间包裹严重，粒径一般在2μm以下。吸附塔内移动的活性焦层相当于一个高效颗粒层过滤器，这些微小颗粒通过惯性碰撞、拦截、扩散沉降等方式沉积在活性炭孔洞、凹陷区域及表面。通常，直径＞1μm的粒子可通过冲撞进行捕捉，而1μm以下的粒子则通过遮挡和扩散方式进行捕捉。活性炭空隙结构一般分为３种：大于50nm的大孔、２nm～50nm的中孔、小于2nm的微孔，不同的空隙结构在吸附过程中发挥的作用有所不同。吸附后的活性炭可以看到，其表面吸附着一层白色的颗粒物，可知烟气中有相当一部分颗粒物沉积在了活性炭表面。从吸附质的性质而言，对于同一种物质，吸附量随着吸附质浓度的增加先呈线性增大，然后逐渐变缓，达到一定吸附量后稳定不变。活性炭吸附颗粒物饱和是指烟气达标排放时，活性炭吸附烟气中颗粒物的最大值。颗粒物吸附饱和值与烟气在吸附塔内通过的流速呈负相关性，即活性炭对颗粒物吸附（脱除）的饱和值相对于不同的烟气流速而言，烟气流速越高，吸附饱和值越小。

2脱硫脱硝控制措施

2.1SCR烟气脱硝控制

SCR烟气脱硝技术是世界上应用较为普遍的一种烟气脱硝技术。SCR脱硝技术是一种选择性催化还原技术，其反应原理为：氨气（NH3）作为还原剂，V2O5/TiO2作为催化剂，在280℃-420℃的烟气温度条件下，通过选择性催化还原反应将烟气中的NOx还原为无污染的氮气（N2）和水（H2O），液氨从液氨储槽输送至液氨蒸发槽，在蒸发槽中被减压蒸发输送至液氨缓冲槽，氨与空气按一定比例混合后通过稀释风机进入喷氨系统，随后被注入到烟道内的喷氨格栅中，与烟道内的烟气混合。混合气体与NOx在催化剂的作用下进行催化还原反应，脱除氮氧化物，反应后的烟气经过空气预热器、电除尘器等设备后，排入烟囱。在SCR烟气脱硝处理过程中，既要保证处理后氮氧化物排放量满足国家标准，又要防止氨气过量，以免出现由于喷氨量过大导致空气预热器堵塞等问题。

摘要：催化剂是选择性催化还原脱硝技术的核心，其催化性能直接关系到脱硝效果的好坏。本文介绍了该领域 新开发的贵金属、金属氧化物、分子筛、碳基催化剂等低温脱硝体系及其最新研究进展。对碳纳米材料催化剂和 新型杂多酸催化剂等新成果作了介绍，并且对今后的研究方向作了展望。

关键词：脱硝；选择性催化还原；低温催化剂；碳纳米管载体；固体杂多酸

中图分类号：TK 16 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）08–1198–06

氮氧化物是大气的主要污染源，它不仅会引起 酸雨、光化学烟雾等破坏地球生态环境的一系列 问题，而且还严重危害着人体的健康。因此，如 何有效地消除氮氧化物已成为目前环保领域中一 个令人关注的重要课题[1]。选择性催化还原法 （selective catalytic reduction，SCR）由于成熟和 高效而成为火力发电厂等固定源主流的脱硝技 术，其核心主要是以 NH3 或其它烃类（包括 CO 和 H2 等）作为还原剂，在催化剂的作用下，将 NO 等还原成 N2 和水。其中，以 NH3 为还原剂的 SCR 技术因其效率高而得到了广泛应用。但传统

的选择性催化剂要求温度在 300～400 ℃，对于电 站锅炉，必须将其置于除尘器之前，缩短了催化 剂的使用寿命，增加了现有锅炉脱硝改造的难度。因此，研究开发能够低温运行的 SCR 催化剂，使 催化反应器能布置在除尘和脱硫装置之后，具有 重要意义[2]。以 NH3为还原剂的低温 SCR 技术因 其转化率高、技术成熟而获得广泛的应用。本文 作者主要对 NH3-SCR中 NOx低温催化剂的最新研 究进展进行了介绍。

NOx 低温催化剂可分为 4 类：贵金属催化剂、 分子筛催化剂、金属氧化物催化剂和碳基材料催 化剂。

1 贵金属催化剂

贵金属催化剂具有优良的低温活性，但存在生 产成本高、易发生氧抑制和硫中毒等不足。常用的 贵金属催化剂主要有 Pt 和 Pd 等。目前，对其的研 究重点应该放在进一步提高催化剂的低温活性、抗 硫性能和选择性几个方面。

一、 活性炭吸附脱附催化燃烧设备介绍

催化燃烧处理广泛用于石油、化工、橡胶、涂装、印刷等行业车间里挥发出的有害有机废气净化处理中，苯类，醇类，醚类等有机废气均能净化。该装置系统设计完整，附属设备配套齐全，净化效率高，自动化程度高。它能有效地净化车间环境、消除污染、改善劳动操作条件，确保工人身体健康，并能解决二次污染。最适用于低浓度（50~1000ppm）且回收经济价值不大，不宜采用吸附回收处理的有机废气，尤其对大风量的处理场合，均可获得满意的经济效益和社会效益。

二、活性炭吸附脱附催化燃烧设备产品优点

1、设计原理先进，用材独特，性能稳定，结构简单，安全可靠，节能省力，无二次污染。设备占地面积小，重量轻。

2、采用窝蜂陶瓷状为载体的贵金属催化剂，阻力小，活性高。当有机蒸汽浓度达到2000ppm以上时，可维持自燃。

3、耗电量小，由于床层阻力小，用低压风机就可以工作，耗电少，噪音低。

4、吸附有机物废气的活性炭层，用催化燃烧后的废气进行脱附再生，吸附后的气体再送催化燃烧室进行净化，不需外部能量，运行费用低，节能效果显著。

三、活性炭吸附脱附催化燃烧设备结构

催化燃烧系统含：热交换器，催化燃烧净化器（加热箱+催化反应室），缓冲箱

四、活性炭吸附脱附催化燃烧设备工作原理

该工艺主要采用高效催化剂，废气在催化剂作用下发生氧化反应，生成无毒无味的二氧化碳（CO2）和水（H2O）；

其独特的高效换热系统保证了余热的有效回收，当废气浓度达到一定程度时，换热系统能使有机废气加热到催化氧化反应的起始温度，无需电加热，通过自身热量平衡处理有机废气。 该装置是将浓缩的有机废气引入主要设备。有机废气经内装加热装置从活性炭层中将有机物分离后，通过催化剂的作用分解成水和二氧化碳，同时释放能量，由热交换装置置换能量，用于维护设备自燃的能源。

当催化床温度达到250～300℃时，催化燃烧床开始反应，利用废气燃烧产生的热空气循环使用，此时电加热停止，不需要外加热，单床脱附，脱附时间为2~3小时，设定时间活性炭吸附箱定时自动切换脱附，内部装填的陶瓷蜂窝体贵金属催化剂使用寿命为8000小时。整个脱附系统采用多点温度控制，保证脱附效果的稳定。