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選擇性催化還原廢氣脫硝技術及應用

2014-05-04    來源:    作者:佚名  閱讀:次  

廢氣脫硝是目前發達國家普遍采用的減少NOx排放的方法,應用較多的有選擇性催化還原法(Selective catalytic reduction,簡稱SCR)、選擇性非催化還原法(Selective non-catalytic reduction,以下簡稱SNCR)。SCR的脫硝率可達90%以上。SCR的發明權屬于美國,而日本率先于20世紀70年代實現其商業化應用。目前該技術在發達國家已經得到了比較廣泛的應用。日本有93%以上的廢氣脫硝采用SCR,運行裝置超過300套。德國于20世紀80年代引進該技術,并規定發電量50 MW以上的電廠都得配備SCR裝置。臺灣有100套以上的SCR裝置在運行。大慶石化總廠化肥廠、川化集團公司、北京燕山石化公司合成橡膠廠和福建漳州電廠等也從國外引進了SCR裝置。


1 技術原理


有多種還原劑(CH4、H2、CO和NH3)可以將NOx還原成N2,尤其是NH3可以按下式選擇性地和NOx反應:


4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O (1)


8NH3+6NO2 =7N2+12H2O (2)


通過使用適當的催化劑,上述反應可以在200~450℃的范圍內有效進行。在NH3/NOx為1(摩爾比)的條件下,可以得到80%~90%的脫硝率。在反應過程中,NH3有選擇性地和NOx反應生成N2和H2O,而不是被O2所氧化。


2 工藝流程


SCR廢氣脫硫裝置的工藝流程如圖1所示,主要由氨氣供應系統、氨氣控制系統、催化劑、排氣系統、預熱系統和反應器等組成。液氨由槽車運送到液氨儲罐,液氨儲槽輸出的液氨在蒸發器內蒸發為氨氣,并將氨氣加熱到常溫后,送到氨氣緩沖罐備用。氨氣緩沖罐的氨氣經調壓閥減壓后,通過噴氨格柵的噴嘴噴入廢氣中與廢氣混合,再經靜態混合器充分混合后進入催化反應器。當廢氣溫度低時,預熱系統用來加熱廢氣。達到反應溫度且與氨氣充分混合的廢氣流經SCR反應器的催化層時,氨氣與NOx發生催化氧化還原反應,將NOx還原為無害的N2和H2O。




3 運行控制


3.1 催化劑的活性


催化劑是SCR技術的核心,其形狀一般為板式或蜂窩式。由于蜂窩式催化劑優良的耐久性、耐腐性、高可靠性,高反復利用率、低壓降,故使用的較廣泛。常用的催化劑主要成分為V2O5/TiO2。蜂窩式催化劑的斷面尺寸一般為:150 mm×150 mm;長度400 mm~1000 mm。SCR裝置的運行成本在很大程度上取決于催化劑的壽命。其使用壽命又取決于催化劑活性的衰減速度。催化劑的失活分為物理失活和化學失活。典型的SCR催化劑化學失活主要是堿金屬(如Na、K、Ca等)和重金屬(如As、Pt、Pb等)引起的催化劑中毒。堿金屬吸附在催化劑的毛細孔表面,金屬氧化物(如MgO、KaO等)中和催化劑表面的SO3生成硫化物而造成催化劑中毒。砷中毒是廢氣中的三氧化二砷與催化劑結合引起的。催化劑物理失活主要是指高溫燒結、磨損和固體顆粒沉積堵塞而引起催化劑活性破壞。


SCR系統所出現的磨損和堵塞可以通過反應器的優化設計(設置自動的導流葉片裝置,倒轉氨的噴射方向使之與流動方向相反)加以緩解。如果廢氣中有粉塵,為了保證催化劑表面的潔凈,在反應器中安裝吹灰器是很有必要的。


如果廢氣中含有能使催化劑中毒的固體顆粒物,則廢氣需進行預處理,比如采用靜電除塵、加入脫砷劑等,去除催化劑毒物級固體顆粒物,避免催化劑中毒。

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