脱硝技术


脱硝技术

选择性催化还原脱硝工艺及脱硝催化剂研究

日期:2020-07-22 14:46

  北极星大气网讯:摘 要:隨着我邦工业化的进展,有毒氮氧化物的太过排放仍然重要劫持到自然境遇和人体强壮。开采出和平高效的脱硝减排工夫仍然成为境遇掩护范畴的首要课题。本文先容了众种脱硝减排工夫并以SCR拔取催化还原脱硝为重心,周到先容了贵金属催化剂、金属氧化物催化剂和分子筛催化剂的发显示状及其优差错,并对催化还原脱硝工艺的来日进展做了瞻望。

  跟着我邦工业的迅疾进展,化石能源损耗逐年递增。目前我邦氮氧化物排放量跟着机动车数目和燃煤发电需求的上升而疾速增添。大气中氮氧化物要紧是NO和NO2,由氮氧化物导致的酸雨和光化学烟雾对人类强壮以及自然境遇均变成了很大捣乱。我邦正在十二五功夫将氮氧化物列为减排重心,2011年又正在《火电厂大气污染物排放程序》中给出了氮氧化物排放浓度上限(100mg/m3)。

  面临日益厉肃的氮氧化物污染,开采高效的脱硝工夫显得迫正在眉睫。目前常睹的氮氧化物减排步调大致可分为两类:燃烧节制工夫以及燃烧后脱硝工夫。此中燃烧后脱硝又可分为湿法脱硝及干法脱硝。本文重心先容的拔取性催化还原(ive catalytic reduction, SCR)工夫既是干法脱硝的一种,该工夫是正在富氧境遇下通过插足还原剂将氮氧化物催化还原为N2从而到达减排成效。通过拔取合意脱硝催化剂及反映条款SCR可杀青低温催化还原,该工夫脱硝服从高和平牢靠,目前仍然是贸易上首选的脱硝工夫。本文就常睹的烟气脱硝工艺做了分类先容,结尾重心先容了SCR脱硝工夫。

  脱硝减排大致可分为燃烧节制和燃烧后脱硝。燃烧节制要紧指对含氮燃料正在燃烧行进行脱硝统治,正在燃烧历程中通过烟气轮回、分级燃烧、再燃烧和低氮燃烧器等工夫节减排放。这类门径往往是通过对燃烧反映工艺上的优化来节制反映编制的温度和氧含量,低氧和低温的境遇有利于压抑氮氧化物的天生。通过燃烧节制工夫减排的烟气往往还达不到排放程序,日常还要接上燃烧后脱硝工夫实行进一步减排。目前遵照统治工艺区别可将燃烧后脱硝分为湿法脱硝和干法脱硝。

  湿法脱硝[1]大凡是先使用ClO2、KMnO4等氧化剂将难溶的NO氧化成NO2,再使用NaOH、NH3·H2O等碱性液体实行罗致。该法脱硝服从较高,然而对氧化剂及碱液损耗量较大。且罗致后废液的统治变成的本钱增添及二次污染题目导致该类门径不适宜大界限行使。

  干法脱硝包含拔取性催化还原(SCR)、拔取性非催化还原(SNCR)、活性炭吸附、催化判辨、电子束照耀以及同时脱硝脱硫工夫等。

  SCR脱硝大凡用NH3、尿素或者碳氢化合物做还原剂,这类还原剂正在催化剂功用下拔取性的将氮氧化物还原为N2和H2O。遵照区别催化剂实用的催化温度区别又可细分为SCR高温脱硝(400℃)、SCR中温脱硝(300-400℃)以及SCR低温脱硝(120-300℃)[2]。中温段脱硝工夫目前讨论对照成熟,已普及运用的商用钒钛类催化剂日常便是正在该温段下实行脱硝。常睹的脱硝工艺是使用NH3做还原剂实行SCR反映,其要紧涉及的反映[3]如下:

  当反映温度较高时(400℃),NH3也许会被氧化成N2O等副产品变成二次污染。其余烟气中的SO2和水蒸气会同还原剂发作副反映造成硫酸铵盐类毒化催化剂,消浸其催化才力并导致筑立腐化[4]。

  烟气中的尘土会停顿SCR体系通道,磨损反映装备,变成催化剂催化本能降落。若将SCR体系计划正在烟气除尘和脱硫体系从此,因为烟气中SO2和尘土浓度消浸,能够延伸催化剂运用寿命。然而此处烟气温度较低,催化剂的催化活性会受到肯定影响,实用于中高温段的催化剂脱硝服从消浸。

  拔取性非催化还原(SNCR)是指将含有氨组织的还原剂(如氨气、尿素等)[5]喷入炉内,还原剂正在高温下疾速判辨并与氮氧化物发作反映天生N2和H2O。SNCR反映不运用催化剂,反映温度大凡需维系正在850-1100℃才力杀青较高的脱硝服从。温渡过低时反映不满盈,氨气容易外逸变成二次污染。温渡过高又会使氨气判辨而增添反映本钱并消浸脱硝服从。正在实践分娩中,烟气温度很难恒定维系正在该反映适合的温度区间内且很难担保还原剂与烟气平均混淆。

  催化判辨法是不使用还原剂,仅通过催化剂催化NO判辨为N2和O2的门径。目前已创造贵金属、金属氧化物、分子筛对该类反映均有肯定的催化判辨成效。然而该类反映脱硝服从并不高,且催化剂对SO2抵挡性较差易中毒。目前该门径仍未杀青工业化行使。

  SCR是正在催化剂的功用下使用氨气或尿素等还原剂将氮氧化物有拔取还原为氮气和水等无害物的脱硝工夫。SCR比拟于SNCR脱硝服从更高,且正在较低的反映温度下就能有用脱硝。因为SCR脱硝反映要紧正在催化剂外外实行,催化剂的本能将很大水准影响SCR对氮氧化物的脱除服从。目前常采用的SCR催化剂有:贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、分子筛载体催化剂以及碳基载体催化剂等。下面就对这些催化剂实行永诀先容。

  贵金属催化剂是一类讨论的较早的催化剂。大凡是以金属Pt、Pd、Rh负载正在氧化铝、氧化钛、分子筛上制得。因为对NH3有很高的反映活性大凡采用碳氢化合物、CO等行动还原剂。这类催化剂脱硝服从高,但也存正在本钱高实用温度局限窄,容易中毒等坏处。针对这些题目,近年来也有人测试通过载体优化、活性组分改性等式样降低催化本能。朱景利等[6]用稀土元素La和Ce对Pt基催化剂实行改性,改性后的催化剂安谧性有了大幅降低,抗毒本能晋升,对氮氧化物的脱除服从明显晋升。

  金属氧化物催化剂是目前运用最为普及的催化剂类型。常睹的活性组分以及助剂包含:V2O5、WO3、锰氧化物、MoO3、Fe2O3等。此中又以V2O5-WO3/TiO2催化剂有最成熟的行使。

  目前钒基催化剂正在火力电厂脱硝的行使最为普及。V2O5呈酸性使其较易吸附碱性的氨还原剂实行反映,有讨论证实正在V2O5中插足MoO3/WO3助剂可明显晋升催化剂外外的活性位数目[7],进而晋升V2O5/TiO2的催化活性。目前仍然开采出一系列基于锐钛矿TiO2为载体的钒基催化剂,如V2O5/TiO2、V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2以及V2O5-WO3-MoO3/TiO2等。董文华[8]采用浸渍法制备V2O5-WO3-CeO2/TiO2催化剂,并通度日性测试连结仪器阐发创造焙烧温度为500℃,CeO2占10%时催化剂的脱硝活性最高,最高可到达99%。

  锰氧化物正在低温下有较强的催化活性,其余采用区别的载体、负载式样、以及掺杂对锰氧化物催化本能均有较大影响。张媛[9]以纳米级TiO2做载体,MnOx做活性组分,用FeOx做掺杂制备了一类MnOx-FeOx-TiO2低温脱硝催化剂。通过测试创造插足少量Fe可有用晋升催化剂的低温催化活性。作家通过调节区别因素的配比创造Fe/Ti为0.05,焙烧温度正在500℃,正在180℃时脱硝服从即可达91.2%。

  铁同锰雷同具有众种可变价态,有讨论证实铁氧化物正在高温段具有较好的催化活性。似乎于锰氧化物,目前的讨论纠集正在拔取合意的载体、载体改性以及通过增添助剂革新铁基催化剂的催化活性及实用温度局限。朱斌等[10]讨论了以柱撑黏土负载铜铁复合氧化物催化剂对NH3催化还原NO的催化本能。测试结果证实铜铁催化剂活性组分之间有较强的协同效应,比拟于简单组分的铁基催化剂,脱硝本能取得明显降低。戎雪佳等[11]用共浸淀法制备了铁钨复合氧化物催化剂,并审核了Fe/W比例、反映空速以及SO2、H2O对催化剂活性的影响。作家通过测验证据Fe/W透露优越的协同效应,催化剂具有较大的比外外积并体现出较强的酸性。这些都有利于以NH3为还原剂的催化反映活性的降低。

  分子筛催化剂的适宜反映温度局限日常较高,分子筛日常具有优越的吸附才力、适宜的外外酸性。正在制备历程中通过分子筛外外改性以及调节负载的活性组分比例能够变革催化温度窗口局限。黄增斌等[12]永诀用β、ZSM-5以及USY分子筛做载体,用浸渍法制备了锰铈催化剂,并对低温NH3-SCR反映实行了比拟评估。测验结果证实三品种型的分子筛锰铈负载催化剂均具有较好的低温反映活性,此中又以Mn-Ce/USY的催化本能最好,正在107℃时氮氧化物转化率可达90%。

  少许常睹的分子筛催化剂如Cu-ZSM-5/Fe-ZSM-5具有较好的催化活性及较宽的活性温度局限,然则抗毒性较差且低温活性不高。目前的讨论趋向要紧纠集正在革新分子筛负载催化剂的抗毒性以及低温反映活性上。

  本文综述了近年来常睹的脱硝减排工艺并重心先容了仍然进入商用的SCR脱硝工夫以及SCR脱硝催化剂。从目前的讨论趋向来看,开采低温段且具备较高脱硝服从、抗毒性强的催化剂将是此后的热门范畴。我邦的脱硝减排工夫讨论起步较晚,邦内目前固然有大宗的讨论报道然而实践行使的较少。咱们新筑的火力电厂所采用的脱硝工艺大局限仍来自于海外。从测验室研发到工业行使,开采出成熟的高性价比的脱硝减排计划仍将是此后我邦工夫职员讨论的重心。

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