【免费下载】 选择性催化还原法SCR(汇总)

选择性催化还原SCR法烟气脱硝技术(二)江旭昌【期刊名称】《新世纪水泥导报》【年(卷),期】2016(022)002【总页数】6页(P14-19)【作者】江旭昌【作者单位】天津市博纳建材高科技研究所,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TQ172.622.4选择性催化还原SCR法脱硝系统与SNCR法脱硝系统一样，也需要还原剂。

现在采用的还原剂也与SNCR法脱硝基本相同，仍然是氨水、尿素和液氨，其有效成分都是氨气NH3，但制备工艺过程不同。

氨水和尿素需要分解才能制备得到NH3，同时产生水和CO2等副产物，而液氨或称纯氨可以通过直接蒸发获得NH3，不需要另外处理。

采用氨水作还原剂时，一般选用浓度为20%～30%的氨水，采用尿素作为还原剂时，一般选用浓度为40%～50%的尿素溶液。

当采用氨水为还原剂时，其制备系统基本与SNCR法脱硝系统相同，参见下文。

当采用尿素为还原剂时，尿素溶液可以采用水解和热解两种方法制得。

目前在锅炉烟气脱硝中使用较多的是热解系统，如图6所示。

尿素制备系统的主要设备有尿素储库或储仓、溶解罐、热解罐或称热解炉和循环模块等。

高流量循环模块如图7所示。

在采用液氨为还原剂时，液氨系统主要由储氨罐（图8）、液氨蒸发器、液氨稀释罐（或称液氨稀释槽）、氨气缓冲罐（或称氨气吸收槽）等主要设备组成，如图9所示。

一般将氨区系统的液氨蒸发器、氨气稀释罐、氨气缓冲罐及其相关输送管路、阀门、仪表和控制系统制成模块，如图10所示。

用于锅炉烟气脱硝，氨气需稀释为5%的浓度，为此还需增设一个辅助系统，即稀释风机（图11）和混合器，其整个SCR系统示于图12。

增设稀释风机和混合器的辅助系统主要目的：一是将氨气稀释后将其浓度降低到5%；二是为氨气扩散增加动力，使氨气在催化剂床层上的分布更加均匀，提高反应效率。

在锅炉烟气SCR法脱硝系统中，氨水、尿素和液氨三种还原剂都有应用。

但在具体选用时应根据企业的具体情况确定，主要考虑因素详见表2。

选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术概述王清栋（能源与动力工程1302班1306030217）摘要：对选择性催化还原脱硝技术进行概述，分析了其机理，并简要介绍催化剂的种类及钝化与中毒机理.最后，对SCR技术进行总结与展望.关键词:选择性催化还原；烟气脱硝；氮氧化物Overview of Selective catalytic reduction (SCR) flue gas denitrationWang Qingdong(Power and Energy Engineering, class 1302 1306030217) Abstract: selective catalyst reduction flue gas denitration is reviewed. Its mechanism is analysed and catalyst is given a brief introduction. Catalyst passivation and poisoning mechanism is analysed. Finally, the summary and prospect of the technology are given.Keywords: SCR; NO x; flue gas denitration.1.前言氮氧化物是造成酸雨的主要酸性物质之一，是形成区域微细颗粒物污染和灰霾的主要原因，也是形成光化学烟雾的主要污染物，会引起多种呼吸道疾病，是“十二五”期间重点控制的空气污染物之一.2011年初通过的“十二五”规划纲要，要求NO x减少10%，从而使NO x成为我国下一阶段污染减排的重点.烟气脱硝技术与NO的氧化、还原及吸附特性有关.根据反应介质状态的不同，分为干法脱硝和湿法脱硝.目前，已经在火力发电厂采用的烟气脱氮技术主要是选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR），其中采用最多的主流工艺是选择性催化还原法.2.SCR反应原理选择性催化还原脱氮是在一定温度和有催化剂存在的情况下，利用还原剂把烟气中的NO x还原为无毒无污染的N2和H2O.这一原理与1957年在美国发现，该工艺最早却在20世纪70年代的日本发展起来的.SCR原理图如图一所示氨气被稀释到空气或者蒸汽中，然后注入到烟气中脱硝，在催化剂表面，氨与NO x 生成氨气和水.SCR过程中的主要反应如下：4NO+4NH3+O24N2+6H2O基于V2O5的催化剂在有氧的条件下还对NO2的减少有催化作用，其反应式为2NO2+4NH3+O23N2+6H2O在缺氧的条件下，NO 的反应式变成6NO+4NH 35N 2+6H2O 在缺氧的条件下，NO2的反应式变成6NO 2+8NH 37N 2+12H 2O在没有催化剂的情况下，上述化学反应只能在很窄的温度范围内（850~1000）进行，℃通过选择合适的催化剂，可以使反应降低，并且使反应温度范围扩大（250~420），便于℃在锅炉尾部烟道的适当位置布置催化反应装置.当反应条件改变时，还可能发生副反应 4NH 3+O 22N 2+6H 2O 2 NH N 2+3H 2 4NH 3+4O 24NO+6H 2O 发生NH 3分解的反应和NH 3氧化为NO 的反应都在350以上才能进行，450反应速℃℃度明显加快.温度在300时仅有NH 3转化为N 2的副反应可能发生.℃实际使用中，催化剂通常制成板状、蜂窝状的催化原件，再将催化原件制成催化剂组件，组件排列在催化剂反应器的框架内构成催化剂层.烟气中的NO X 、NH 3和O 2在流过催化剂层时，经历以下几个过程：① NO X 、NH 3和O 2扩散到催化剂外表面并进一步相催化剂的微孔表面扩散；② NO X 和O 2与吸附在催化剂表面活性位的NH 3反应生成N 2和H 2O ；③N 2和H 2O 从催化剂表面脱附到微孔中；④微孔中的N 2和H 2O 扩散到催化剂外表面，并继续扩散到主流烟气中被带出催化层.其中，过程①-③为控制步骤，因此脱氮装置的性能不但受到化学反应速度的制约，还在很大程度上受反应物扩散速度的影响.3.SCR 催化剂简介3.1 贵金属催化剂贵金属催化剂低温催化活性优良，对NOx 还原及对NH3、CO 氧化均具有很高的催化活性，因此在SCR 过程中会导致还原剂大量消耗而增加系统运行成本。

选择性催化还原法(SCR)由于炉内低氮燃烧技术的局限性,使得NOx的排放不能达到令人满意的程度,为了进一步降低NOx的排放,必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。

目前通行的烟气脱硝工艺大致可分为干法、半法和湿法3类。

其中干法包括选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)、电子束联合脱硫脱硝法;半干法有活性炭联合脱硫脱硝法;湿法有臭氧氧化吸收法等.煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是ＮＯ和ＮＯ２，另外还有少量的Ｎ２Ｏ（氧化亚氮），统称为ＮＯＸ。

其中ＮＯ占ＮＯＸ的９０％以上，ＮＯ２占５％￣１０％，Ｎ２Ｏ仅为１％左右。

由于存在上述副反应，ＳＣＲ反应器内排出的未反应完全的氨与少量ＳＯ３反应生成硫酸氨和硫酸氢氨可以导致下游设备的阻塞和腐蚀，因此，减少ＳＣＲ反应器下游的未反应完全的氨，即“氨泄露”问题，是非常重要的。

通常氨泄露必须小于５ｐｐｍ，最好低于２ｐｐｍ～３ｐｐｍ，以减少硫酸氨和硫酸氢氨的生成。

对于高硫煤，这一问题尤为重要。

上述反应，在没有催化剂的情况下，只在９８０℃左右很窄的温度范围内进行，但在催化的作用下，反应温度可大大降低，约３００℃～４００℃。

ＳＣＲ具有以下特点：（１）脱ＮＯＸ效率高。

可达到高于８０％的脱硝效率，满足严格的ＮＯＸ排放标准要求，远高于ＳＮＣＲ法２５％～４０％的脱ＮＯＸ效率。

（２）适用范围广。

ＳＣＲ法适用于各种容量的锅炉机组，而ＳＮＣＲ只适用于小型锅炉。

（３）运行可靠、便于维护和检修。

同时，ＳＣＲ技术也存在一些问题：（１）系统占地面积较大，设备投资和运行费用较高。

（２）ＳＣＲ催化剂的工作条件比较恶劣，由固体沉积物使微孔堵塞碱性化合物（特别是钾或重金属）引起中毒、引起中毒、飞灰腐蚀等原因造成了催化剂ＳＯ３中毒失效，必须定期更换。

更换时间依具体情况而定，一般１年￣５年。

（３）氨泄露以及其导致的硫酸氨盐的集聚会导致空气预热器性能下降。

选择合适的催化剂是ＳＣＲ技术能够成功应用的关键所在。

选择性催化还原法SCR法的基本原理选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）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。

其原理首先由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 技术对锅炉烟气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。

在SCR脱硝过程中，通过加氨可以把NOx转化为空气中天然含有的氮气(N2)和水(H2O)，其主要的化学反应如下：4NO + 4NH3 + O2→ 4N2 + 6H2O (5-1) 6NO + 4NH3→ 5N2 + 6H2O (5-2) 6NO2 + 8NH3→ 7N2 + 12H2O (5-3) 2NO2 + 4NH3 + O2→ 3N2 + 6H2O (5-4) 在没有催化剂的情况下，上述化学反应只在很窄的温度范围内（850～1100℃）进行，采用催化剂后使反应活化能降低，可在较低温度（300～400℃）条件下进行。

而选择性是指在催化剂的作用和氧气存在的条件下，NH3优先与NOx发生还原反应，而不和烟气中的氧进行氧化反应。

在选择性催化还原系统中，一般由氨的储存系统、氨和空气的混和系统、氨喷入系统、反应器系统及监测控制系统等组成，对火电厂来说，SCR反应器一般安装在锅炉省煤器与空预器之间，因为此区间的烟温刚好适合SCR脱硝还原反应，氨则喷射于省煤器与SCR反应器之间烟道内的适当位置，使其与烟气混合后在反应器内与NOx反应。

催化剂安放在一个像固体反应器的箱体内。

催化剂单元通常垂直布置，烟气由上向下流动。

典型工艺布置和反应原理如图5-1所示。

图5-1 SCR烟气脱硝原理SCR是目前世界上应用最多、最为成熟且最有成效的一种烟气脱硝技术。

SCR(Selective Catalytic Reduction)是美国Ecgelhard公司发明的,并于1959年申请了专利,而日本率先在20世纪70年代对该方法实现了工业化。

燃煤电站SCR脱硝原理是利用NH3基和催化剂(铁、钒、铬、钴或等碱金属)在温度为300~420℃时将NOx还原为N2。

NH3具有选择性,只与NOx发生反应,基本上不与O2反应,所以称为选择性催化还原脱硝。

SCR法中催化剂的选取是关键。

对催化剂的要求是活性高、寿命长、经济性好和不产生二次污染。

在以氨为还原剂来还原NO时,虽然过程容易进行,铜、铁、铬、锰等非贵金属都可起到有效的催化作用,但因烟气中含有SO2、尘粒和水雾,对催化反应和催化剂均不利,故采用SCR法必须首先进行烟气除尘和脱硫,或者是选用不易受肮脏烟气污染影响的催化剂;同时,要使催化剂具有一定的活性,还必须有较高的烟气温度。

目前以二氧化钛为基体的碱金属催化剂,最佳反应温度为300~420℃。

SCR是国际上应用最多,技术最成熟的一种烟气脱硝技术之一。

该法的优点是:由于使用了催化剂,故反应温度较低;净化率高,可达85%以上;工艺设备
紧凑,运行可靠;还原后的氮气放空,无二次污染。

但也存在一些明显的缺点:烟气成分复杂,某些污染物可使催化剂中毒;高分散的粉尘微粒可覆盖催化剂的表面,使其活性下降;系统中存在一些未反应的NH3和烟
气中的SO2作用,生成易腐蚀和堵塞设备的(NH4)2SO4和NH4HSO4,同时还会降低氮的利用率；系统设计与运行费用较高。

选择性催化还原选择性催化还原，是在含有NOx的尾气中喷入氨，尿素或者其它含氮化合物，通过850—1100℃的高温，使其中的NOx还原成N2和水。

来达到尾气无害化处理的方法。

切实注意选择性催化还原（SCR）的完成因素及相关的注意事项等等。

选择性催化还原方法（SCR）是对下游工质的一项处理工艺。

其原理就是在含有NOx的尾气中喷入氨，尿素或者其它含氮化合物，使其中的NOx还原成N2和水。

还原反应在较高的温度范围（850—1100℃）内进行，不需要催化剂，称为选择性非催化还原（SNCR）；还原反应在较低的温度范围（315—400℃）内进行，需要催化剂，称之为选择性催化还原（SCR）。

SCR成功的关键因素有二：一是排气与NH3充分混合；二是按进入反应区的NOx浓度及去除率严格控制NH3的喷入量。

在反应过程中，还原反应并不完全，不参加反应的部分NH3会随排气从烟道逸出。

若逸出量过高时，会出现若干有害的副反应，如在有O2存在的条件下，催化剂会将SO2转化为SO3，SO3和多余的NH3和水反应生成硫酸铵或者硫酸氢铵。

这种固态物质会污染和堵塞下游部件，沉积在锅炉表面或者在烟囱出口处形成蓝色的有害烟雾。

露点腐蚀也被认为与此物有关。

因此不得不设置水洗装置以清除有害的副反应生成物，从而使结构复杂化。

催化剂也会随时间的增加而丧失活性，因此必须定期更换，一般规定一至五年更换一次，需根据用途而定。

但由于催化剂价格昂贵，频繁更换必然会增加运营成本。

常规的SCR技术，有一些值得注意的地方：（1）必须精确控制NH3的喷入量，以便最大限度的去除NOx，而无未反应的NH3通过烟囱逸出。

因为除可能产生有害的副产物以外，NH3本身也是一种大气污染物。

（2）当前使用的大多数催化剂都是有毒的，这种材料的管制和处理仍然是问题。

（3）由于NH3的喷入位置及催化剂位置的影响，余热锅炉的补燃可能会受到限制。

（4）如果SCR组件在余热锅炉中部，因为部分气体不再沿锅炉表面流向烟囱，则余热锅炉的产气量可能很难控制。

选择性催化还原法（SCR）一、定义：选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在300—420°C下，将还原剂（如NH3、液氨、尿素）与窑炉烟气在烟道内混合，在催化剂的催化作用下，将NOx反应并生成无毒无污染的氮气N2和水H2O。

该工艺脱硝率可达90%以上，NH3逃逸低于5ppm,设备使用效率高，基本上无二次污染，是目前世界上先进的电站烟气脱硝技术，在全球烟气脱硝领域市场占有率高达98%。

ppm:part per million，百万分之几的意思。

是百分数含量的一种表示。

5ppm就是氨的逃逸量是气体总量的百万分之5SCR法的基本化学原理在SCR脱硝过程中，氨可以把NOx转化为空气中天然含有的氮气(N2)和水(H2O)氨水为还原剂时：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（主要公式：烟气中的氮氧化物90%是NO）6NO+4NH3→5N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O尿素为还原剂时：（尿素通过热解或电解转化为氨）H2NCONH2+2NO2+1/2O2——2N2+CO2+2H2O二、SCR烟气脱硝技术工艺流程在没有催化剂的情况下，上述化学反应只在很窄的温度范围内（850～1250℃）进行，采用催化剂后使反应活化能降低，可在较低温度（300～400℃）条件下进行。

相当于锅炉省煤器与空气预热器之间的烟气温度，上述反应为放热反应，由于NOx在烟气中的浓度较低，故反应引起催化剂温度的升高可以忽略。

而选择性是指在催化剂的作用和氧气存在的条件下，NH3优先与NOx 发生还原反应，而不和烟气中的氧进行氧化反应。

目前国内外SCR系统多采用高温催化剂，反应温度在315~400℃。

还原剂(氨)用罐装卡车运输，以液体形态储存于氨罐中；液态氨在注入SCR系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化；气化的氨和稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中；充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，去除NOx。

SCR选择性催化还原选择性催化还原法(selectivecatalyticreduction，scr)的原理是在催化剂作用下，还原剂nh3在290-400℃下将no和no2还原成n2，而几乎不发生nh3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+6h2o8nh3+6no2=7n2+12h2o4nh3+3o2=2n2+6h2o4nh3+5o2=4no+6h2o2nh3可逆生成n2+3h2scr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，为避免烟气再加热消耗能量，一般将scr反应器置于省煤器后、空气预热器之前，即高尘段布置。

氨气在加入空气预热器前的水平管道上加入，与烟气混合。

催化反应系统是scr工艺的核心，设有nh3的喷嘴和粉煤灰的吹扫装置，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5mg/l以下。

由于技术的成熟和高的脱硝率，scr法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。

截至2010年底，我国已投运的烟气脱硝机组容量超过2亿kw，约占煤电机组容量的28%，其中scr机组占95%。

柴油机所产生的微粒(pm)和氮氧化物(nox)是排放中两种最主要的污染物。

从目前降低汽车尾气排放的技术途径来看，要达到欧Ⅳ排放标准，一般不再从发动机本身的结构方面采取措施，通常是采取排气后处理的方式来降低污染物的排放量，而尿素-scr选择性催化还原法是最具现实意义的方法，它能把发动机尾气中的nox减少50%以上。

选择性催化还原（SCR）作用基理选择性催化还原（SCR）技术是在催化剂作用下，还原剂NH3 (液氨、氨水、尿素等)与烟气中的NO X反应，将烟气中的NO X还原为无毒无污染的氮气N2和水H2O。

其反应器设置于锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间，反应温度一般在320℃-400℃之间，SCR法脱硝技术是目前国内外最成熟可靠的脱硝技术，脱硝效率高，系统安全稳定。

反应原理如下：（1）在有氧的条件下主要反应：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O（2）在反应条件改变时，有可能发生以下副反应：4NH3+3O2→2N2+6H2O2NH3→N2+3H24NH3+5O2→4NO+6H2O催化剂是整个SCR系统的核心和关键，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。

在形式上主要有板式、蜂窝式和波纹板式三种。

工艺流程影响SCR脱硝率的因素:在SCR系统设计中，最重要的运行参数是反应温度、反应时间、NH3/NOx摩尔比、烟气流速、O2浓度、NH3的溢出浓度、SO3浓度、H2O（蒸汽）浓度、钝化影响等。

反应温度是选择催化剂的重要运行参数，催化反应只能在一定的温度范围内进行，同时存在催化的最佳温度，这是每种催化剂特有的性质，因此反应温度直接影响反应的进程。

在SCR 工作过程中温度的影响有两方面：一是温度升高使脱NOx反应速度加快，NOx脱除率升高；二是温度升高NH3氧化反应开始发生，使NOx脱除率下降。

反应时间是烟气与催化剂的接触时间，随着反应时间的增加，NOx脱除率迅速增加，当接触时间增至200 ms左右时，NOx脱除率达到最大值，随后下降。

这主要是由于烟气与与催化剂的接触时间增大，有利于烟气在催化剂微孔内的扩散、吸附、反应和生成物的解吸、扩散，从而使NOx脱除率提高。