中低温SCR脱硝工艺与催化剂应用

SCR烟气脱硝催化剂生产与应用现状0 引言氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物，主要包括NO、NO2、N2O等，可以引起酸雨、光化学烟雾、温室效应及臭氧层的破坏。

自然界中的NOx63%来自工业污染和交通污染，是自然发生源的2倍，其中电力工业和汽车尾气的排放各占40%，其他工业污染源占20%。

在通常的燃烧温度下，燃烧过程产生的NOx中90%以上是NO，NO2占5%～10%，另有极少量的N2O。

NO排到大气中很快被氧化成NO2，引起呼吸道疾病，对人类健康造成危害。

火电厂产生的NOx主要是燃料在燃烧过程中产生的。

其中一部分是由燃料中的含氮化合物在燃烧过程中氧化而成，称燃料型NOx；另一部分由空气中的氮高温氧化所致，即热力型NOx，化学反应为：N2+O2→2NO（1）NO+1/2O2→NO2（2）还有极少部分是在燃烧的早期阶段由碳氢化合物与氮通过中间产物HCN、CN转化为NOx，简称瞬态型NOx［1］。

减少NOx排放有燃烧过程控制和燃烧后烟气脱硝2条途径。

现阶段主要通过控制燃烧过程NOx的生成，通过各类低氮燃烧器得以实现［2-3］。

这是一个既经济又可靠的方法，对大部分煤质通过燃烧过程控制可以满足目前排放标准。

1 烟气脱硝工艺1.1 相关化学反应NO的分解反应（式（1）的逆反应）在较低温度下反应速度非常缓慢，迄今为止还没有找到有效的催化剂。

因此，要将NO还原成N2，需要加入还原剂。

氨（NH3）是至今已发现的最有效的还原剂。

有氧气存在时，在900～1100℃，NH3可以将NO和NO2还原成N2和H2O，反应如式（3）、（4）所示［4］。

还有一个副反应，生成副产物N2O，N2O 是温室气体，因此，式（5）的反应是不希望发生的。

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O（3）2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O（4）4NO+4NH3+3O2→4N2O+6H2O（5）在900℃时，NH3还可以被氧气氧化，如式（6）～（8）所示。

1.1SCR脱硝工艺原理本项目烟气脱硝采用中低温 SCR 脱硝工艺。

采用氨水作为还原剂。

中低温SCR系统工艺流程如下：焦炉烟气中的NOx与氨在SCR催化剂的作用下发生反应，NOx最终以N2的形式排放。

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2ONO+NO2+2NH3→3H2O+2N26NO+4NH3→5N2+6H2O其中的SCR催化剂为成熟稳定的中低温催化剂，反应温度为190℃~250℃。

2工艺系统组成2.1烟气系统3#焦炉烟道从现有地下分烟道引出后，在引出的分烟道上分别安装烟道挡板，分烟道汇合成一个烟道再进入脱硫反应器以及后部的除尘器和SCR反应器，经脱硫脱硝后的烟气经引风机引回地下烟道，单侧烟道流通截面能够满足烟气的流通需要，因此引回的烟道仅进入一侧地下烟道。

在脱硫脱硝系统前后设置原烟气烟道挡板和净烟气烟道挡板，以便于在脱硫脱硝系统需要离线维护时能将焦炉烟气切出，同时为了保证脱硫脱硝系统故障时不影响焦炉的正常生产，保留现有地下烟道作为旁路，并设置旁路挡板。

受制于现有地下烟道挡板的密封性能，需要将其更换为密封性能良好的具有密封结构的翻转式烟道挡板。

4#系统与3#系统基本相同，由于其进入烟道的地下烟道已经汇合为一个烟道，因此其因此烟道、原烟气烟道挡板和旁路烟道挡板仅设置1套即可。

烟气系统包括烟道及烟道支架、挡板门、膨胀节和引风机等。

（1）设计原则烟道设计能够承受如下负荷：烟道自重、风雪荷载、地震荷载、灰尘积累、内衬和保温的重量等。

烟道内烟气流速15m/s左右。

所有烟道在适当的位置配有足够数量和大小的人孔门，以便于烟道（包括挡板门和补偿器）的维修检查和清除积灰。

在外削角急转弯头和变截面收缩急转弯头处等，以及根据烟气流动模型研究结果要求的地方，设置导流板。

为了使与烟道连接的设备的受力在允许范围内，特别要注意考虑烟道系统的热膨胀，热膨胀通过膨胀节进行补偿。

在原烟气烟道和净烟气烟道上设置烟气在线监测设备，监测烟气的量以及烟气中主要污染物的浓度。

应 用·APPLICATION96中温和低温SCR催化剂在垃圾焚烧发电厂的应用文_石春光 胡付祥 张铭 龙净能源发展有限公司摘要：调研中温和低温选择性催化还原（SCR）催化剂在垃圾焚烧发电厂烟气净化系统中的应用情况，并通过实际工程对其在垃圾焚烧发电厂烟气净化系统中的建设和运行成本进行分析，为垃圾焚烧发电厂烟气治理工作提供借鉴和参考。

关键词：垃圾焚烧；脱硝；SCR催化剂Application of Medium and Low T emperature SCR Catalyst in W aste Incineration Power PlantSHI Chun-guang HU Fu-xiang ZHANG Ming[ Abstract ] This paper investigates the application of medium temperature and low temperature selective catalytic reduction (SCR) catalyst in the flue gas purification system of waste incineration power plant, and analyzes its construction and operation cost in the flue gas purification system of waste incineration power plant through practical engineering, so as to provide reference for the flue gas treatment of waste incineration power plant.[ Key words ] waste incineration; denitration; SCR catalystNOx是垃圾焚烧发电厂排放的主要气体污染物之一，《生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2014）》与欧盟2010 标准的NOx排放标准分别为250mg/m3（日均值） 与200 mg/m3（日均值）。

一种低温SCR脱硝催化剂及其制备和应用方法摘要：本文首先简单介绍了低温SCR脱硝催化剂的一些相关概念。

然后选择了一种催化剂作为介绍对象，具体分析了应该如何制备和应用的方法。

关键词：低温SCR脱硝；催化剂制备；催化剂应用我国的污染状况越来越严重，为了解决这个问题，人们发明了很多新的科学技术。

低温SCR脱硝催化剂就是其中的一种，其对于氮氯化物的污染治理有着很好的效果。

一、低温SCR脱硝催化剂相关概念简述脱硝，顾名思义就是将硝脱离出来，当前主要有两种脱硝工艺，一是SCR （Selective Catalytic Reduction），即选择性催化还原法。

一种是SNCR（selective non-catalytic reduction），即选择性非催化还原法。

其中前者是当前世界主流的脱硝技术研究方向，也是发展最成熟的脱硝技术。

从过程上来讲，其属于炉后脱硝技术。

其作用时，需要含氧气氛、催化剂和氨、尿素等还原剂才能将烟气中的NOx还原成N2和水。

传统的SCR脱硝技术进行的温度多在三百摄氏度及以上，这就要求催化剂在布置时必须安排在高温的环境中，然而现实中，催化剂的放置地中存在大量的粉尘等物，非常容易出现催化剂中毒。

同时受历史因素的影响，我国火电机组中也没有预留其位置。

另外，我国的燃煤总体质量不高，严重损害了SCR的装置和催化剂。

低温SCR脱硝技术的进行温度在三百摄氏度以下，能够有效解决上述传统SCR脱硝技术存在的问题。

其反应机理目前尚未有一个比较统一的说法，因此此处所介绍的反应机理只是众多说法中比较流行的一种。

这种说法认为，低温SCR脱硝技术在进行过程中主要遵循的机理有两种，一种是LH机理，一种是ER机理，这两者不同时存在。

当前主要的低温SCR脱硝催化剂有锰、铜等金属氧化物制备的非负载型催化剂组分和负载型催化剂。

本文主要介绍的就是负载型锰基氧化物催化剂中的Mn/TiO2催化剂的制备和其在NH3作为还原剂时的应用情况。

SCR低温脱硝催化剂
在国家科技部基金项目的支持下，上海瀚昱环保材料有限公司利用自主研发的技术，设计并制造均质的MnOx-CoOx(CeOx)/TiO2蜂窝催化剂和堆垛式棒状催化剂，应用于低温SCR脱硝工艺中。

催化剂的适应温度为130℃~260℃。

最高脱硝效率可达90%以上。

低温催化剂的特点：
低温SCR脱硝催化装置布置于锅炉或工业炉的尾部，具有以下优点:
（1）布于地面上，受空间和管道的局限性小，易于与锅炉系统匹配，对其它相关装置影响小,建筑成本低，反应器材料耐温要求低，因此，脱硝装置总体成本可大幅度下降。

特别适用于现有的电厂脱硝改造。

（2）由于其位于除尘装置之后，因此烟气具有低温、低尘（或低硫）的特性，解决了催化剂的堵塞、磨损等问题，维护成本降低，使用寿命提高。

（3）减轻飞灰中的K、Na、Ca、As等微量元素对催化剂的污染或中毒，若在脱硫之后还可缓解SO2引起的催化剂失活等问题。

根据烟气条件可以对催化剂形式和反应器结构进行不同的设计。

本公司低温催化剂的结构有蜂窝式、三叶圆筒式、棒状、粒状等多种形式。

布置方式有两种堆垛横向式和蜂窝式。

其中堆垛横向反应器由反应器箱体和高活性催化剂组成，烟气经过堆垛横向反应器处理可使氮氧化物排放值小于10~50ppmv，氨逃逸小于5~10ppmv。

该系统为管道末端技术，由于采用低温下高活性的催化剂，可以方便安装在烟囱的前部，避免对前端设备及运行操作方面所产生的消极影响。

独特的布置方式方便催化剂的在线再生处理。

该系统可用于去除硝酸、己内酰胺制造厂以及燃气涡轮机、燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、发动机尾气中的氮氧化物。

SCR低温脱硝催化剂一、技术背景我国烟气脱硝市场中，选择性催化还原（SCR）技术是电站锅炉NOX排放控制的主要技术，SCR反应的完成需要使用催化剂。

目前商业上应用比较广泛的是运行温度处于320-450℃的中温催化剂，因此催化还原脱硝的反应温度应控制在320- 400℃。

当反应温度低于300℃时，在催化剂表面会发生副反应，NH3与S03和H20反应生成（NH4）2S04或NH4HSO4减少与NOx的反应，生成物附着在催化剂表面，堵塞催化剂的通道和微孔，降低催化剂的活性。

另外，如果反应温度高于催化剂的适用温度，催化剂通道和微孔发生变形，从而使催化剂失活。

因此，保证合适的反应温度是选择性催化还原法（SCR）正常运行的关键。

由于电站锅炉在大气温度较低和低负荷运行时，烟气温度会低于SCR适用温度。

由于锅炉设计方面的原因，在低气温和低负荷条件下亚临界和超高压汽包锅炉烟气温度的缺口可以达到20℃以上，比直流和超临界锅炉更大，此时SCR停运，烟气排放浓度将不能满足国家环保要求。

我国目前尚没有成熟的低温SCR 脱硝技术，需要使用复杂的换热系统才能应用SCR脱硝增加了能耗和设备投资，因此面临着艰巨的NOX减排困难。

根据环保部《火电厂大气污染物排放标准》是国家强制标准，火电厂在任何运行负荷时，都必须达标排放。

脱硝系统无法运行导致的氮氧化物排放浓度高于排放限值要求的，应认定为超标排放,并依法予以处罚。

目前全工况脱硝技术已经成熟，火电厂现有脱硝系统与运行负荷变化不匹配、不能正常运行、造成超标排放的，应进行改造，提高投运率和脱硝效率。

二、技术现状SCR低温脱硝催化剂，是洛阳万山高新技术应用工程有限公司为了解决汽包锅炉某些工况烟气温度过低和SCR低负荷运行时，导致SCR脱硝无法正常运行的技术难题，该技术是结合现有SCR脱硝工艺，从而实现SCR低温脱硝催化剂低温脱硝，SCR低温脱硝催化剂最为简单有效，由于烟气中的氮氧化物主要组成是NO（占95%），NO难溶于水，而高价态的NO2、N2O5等可溶于水生成HNO2和HNO3，溶解能力大大提高，很容易通过碱液喷淋等手段将其从烟气中脱出。

控制氮氧化物排放的低温SCR催化剂及工程应用摘要：讨论了选择性催化脱硝工艺（SCR）的原理、工艺分类和工程应用情况，着重介绍了低温SCR 催化剂的研究、工艺和工程应用问题，对低温SCR 工艺的发展方向做出了分析和展望，并提出了一些具体建议。

关键词：低温 SCR,烟气脱硝,选择性催化还原,氮氧化物我国的能源结构是以煤炭为主的，煤炭消耗量还将持续增长。

据统计，目前我国发电装机容量中火电装机容量占 74%以上，在未来的很长一段时间里，燃煤所造成的氮氧化物污染是继二氧化硫污染之后的又一重要的环境问题。

同时于2004 年1 月实施的《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）》对第三时段的电站锅炉氮氧化物最高允许排放浓度降低到了450～1 100 mg/m3。

随着经济和社会的发展，氮氧化物的控制标准将逐渐严格。

目前，针对固定源NOx 控制技术主要有两类：一类为燃烧过程控制技术，其特点是控制燃烧过程中NOx 的生成，包括炉型和设计参数的选择、运行调整和低NOx 燃烧技术，以此来控制燃烧过程中燃料型、热力型和快速型三种机理的氮氧化物；另一类为燃烧后控制技术，即各种烟气de-NOx 技术，其特点是将烟气中已生成的NOx 固定下来或还原为 N2。

炉内氮氧化物控制技术一般以降低锅炉热力效率为代价，其脱硝效率也不高，而炉后的烟气脱硝技术中的选择性催化还原法（SCR），效率高，对锅炉原有设备改造不大，是一种比较有潜力的脱硝技术。

1 SCR 原理及其分类1.1 SCR 的基本原理SCR 是利用适当的催化剂，在一定的温度下，以氨等作为还原气体，利用还原剂的选择性，优先与氮氧化物发生反应，将它还原成氮气和水。

”选择性”是指氨等还原剂在催化剂作用下有选择地进行还原反应，这里主要选择还原NOx。

1.2 SCR 工艺的分类SCR 的分类一般有3 种：其一是按照SCR 所使用的催化剂种类而分；其二是依据SCR 反应器内填装的催化剂所适用的烟气温度条件不同进行分类；第三种是依据SCR 装置所布设的位置进行分类。

SCR脱硝催化剂现状及成型工艺分析介绍了国内外钢钛系SCR脱硝催化剂的应用现状，阐述了低温钵系SCR脱硝催化剂的研究进展与工程探索情况，总结了商用蜂窝状、板式和波纹式SCR催化剂的成型工艺，并针对不同行业特性提出了脱硝催化剂研究方向。

选择性催化还原技术(ive catalytic reduction, SCR)是控制氮氧化物(NOx) 排放的最为关键的技术，广泛应用于热电厂、焚烧厂等工业烟气脱硝，以及柴油机动车尾气净化。

该技术以尿素、氨水或液氨产生的NH3为还原剂，核心是催化活性好、选择性高、机械强度高且运行稳定的脱硝催化剂。

SCR催化剂从最初电力脱硝行业的传统车凡钛催化剂的普及应用，到目前应用于钢铁、玻璃等非电行业的低温催化剂的广泛研究，其发展和应用得到突破性进展。

传统钢钛催化剂的发展已经相对成熟，但应用范围窄，条件苛刻；低温催化剂存在易中毒、寿命低、工况适用性等问题亟需解决。

SCR催化剂成型工艺是其应用与工业推广的关键所在，我国在传统催化剂成型技术取得全面性普及与推广，但相比国外催化剂的应用效果不佳；近几年低温SCR 催化剂的研究工作取得突破性成果，应用和推广有待工程校验。

因此，通过深入研究催化剂生产技术和成型工艺，研发经得住实际工程考验的具有自主知识产权催化剂是未来SCR技术发展的重要环节。

1传统SCR脱硝催化剂发展历程1.1国外SCR催化剂的应用美国Engelhard公司在1957年首次成功研发SCR催化剂，由Pt、Rh和Pb等贵金属构成，具有很高的催化活性，但造价昂贵、温度区间窄、易中毒，不适于工业应用。

日本日立、三菱重工等生产的V205(W03)/Ti02 (车凡钛系)催化剂较早实现商业化应用。

20世纪七八十年代，日本和欧美相继建造多套脱硝系统，钢钛系SCR催化剂的商业应用趋于成熟，主要应用于电力行业烟气污染控制。

近30年SCR催化剂在研究和应用方面都取得一定进展，具体发展过程如图1。

中低温脱硝催化剂研发及工程化应用技术1. 背景介绍1.1 空气污染治理的重要性1.2 中低温脱硝技术的需求2. 中低温脱硝催化剂的基本原理及特点2.1 中低温脱硝催化剂的定义2.2 催化剂的基本原理2.3 中低温脱硝催化剂的特点3. 中低温脱硝催化剂的研发技术3.1 催化剂原料的选择3.2 催化剂的制备工艺3.3 催化剂的性能评价3.4 中低温脱硝催化剂新材料的研发方向4. 工程化应用技术4.1 中低温脱硝催化剂在电厂的应用4.2 中低温脱硝催化剂在烟气脱硝系统中的应用4.3 中低温脱硝催化剂的运行维护5. 中低温脱硝催化剂研发及工程化应用技术的未来展望 5.1 技术改进与创新5.2 绿色低碳环保技术的发展趋势5.3 国内外市场需求与竞争态势分析结语随着工业化的进程和能源消费的快速增长，大气污染成为我们面临的严峻问题。

其中，氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一，对人体健康和环境造成了严重影响。

研发和应用有效的脱硝技术至关重要。

中低温脱硝催化剂作为一种关键的技术手段，正在受到越来越多的关注和研究。

1. 背景介绍1.1 空气污染治理的重要性随着工业活动和交通运输的增加，排放到大气中的污染物也不断增多，严重威胁着人类健康和环境的可持续发展。

空气污染治理成为各国政府和社会各界关注的焦点，其中脱硝技术作为关键的治理手段之一备受瞩目。

1.2 中低温脱硝技术的需求传统的脱硝方法存在着高温、高能耗、高成本等问题，而中低温脱硝技术由于具有较低的脱硝温度、较好的适应性和环保性，受到了广泛的关注和重视。

中低温脱硝催化剂的研发及工程化应用技术显得尤为重要。

2. 中低温脱硝催化剂的基本原理及特点2.1 中低温脱硝催化剂的定义中低温脱硝催化剂是指在较低温度下（通常在200-400摄氏度范围内）能够催化氨和NOx之间的反应，从而使NOx转化为N2和H2O的一种特殊催化剂。

2.2 催化剂的基本原理过程中，NH3作为还原剂，与NOx在催化剂表面发生反应，生成氮气和水蒸气。