低溫SCR脫硝催化劑的分析及研究

大氣網(wǎng)訊:摘要： 氮氧化物是燃煤工業(yè)鍋爐最常出現(xiàn)的污染氣體排放物,對造成大氣污染,破壞生態(tài)環(huán)境有重大的影響.文章在了解低溫SCR脫銷技術(shù)應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上,明確了有關(guān)催化劑的研究進(jìn)展,并分析低溫SCR脫硝催化劑的類型,及具體技術(shù)應(yīng)用情況,以此為中國城市建設(shè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出應(yīng)有的努力.

0 引言

工業(yè)發(fā)展會加劇污染物的排放，加重環(huán)境負(fù)擔(dān)。在行業(yè)污染物超低排放政策全面推廣后，電力行業(yè)大氣污染被有效遏制，而非電力行業(yè)污染物排放問題日益突出，其中工業(yè)鍋爐煙氣中NOX 的控制及治理成為我國城市建設(shè)和大氣污染治理工作的重要內(nèi)容。SCR( 選擇性催化還原技術(shù)) 技術(shù)最初是由美國提出的專利內(nèi)容，應(yīng)用催化劑也是鉑類催化劑，雖然可以解決實(shí)踐問題，但最終獲取的結(jié)果并不顯著，原因在于其會在催化活性溫度中產(chǎn)生大量硝酸銨鹽。一直到20 世紀(jì)70 年代后期日本研制出具有實(shí)際意義和高活性的SCR 商業(yè)催化劑，并在實(shí)踐發(fā)展中得到了有效應(yīng)用，且得到了其他國家的支持和認(rèn)可。對非電力行業(yè)工業(yè)鍋( 窖) 爐而言，因?yàn)榕艧煖囟鹊停灾苯右贸墒斓母邷豐CR 脫硝技術(shù)全面管控氮氧化物是難以達(dá)到預(yù)期要求的，而選擇性催化還原氮氧化物的凈化率過低，不能達(dá)到預(yù)期設(shè)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，因此低溫SCR 脫硝技術(shù)是企業(yè)發(fā)展的最佳選擇。

1 低溫SCR脫硝技術(shù)

從本質(zhì)上講，低溫SCR 脫硝技術(shù)的核心內(nèi)容就是低溫SCR脫硝催化劑，因此與催化劑有關(guān)的壽命、構(gòu)成等因素都會影響低溫SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用效果。我國針對這一技術(shù)的探究最初是由中國建筑料科學(xué)研究總院陶瓷科學(xué)研究院提出的。

簡單來說，SCR 脫硝系統(tǒng)是引用催化劑在規(guī)定溫度下，引用煙氣中的氮氧化物與氨氣供應(yīng)系統(tǒng)注入的氨氣在混合后產(chǎn)生還原反應(yīng)，最終生成氮?dú)夂退?，以此控制氮氧化物的排放量，并降低其對生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的影響。通常情況下，SCR 反應(yīng)器中出現(xiàn)的反應(yīng)過程如下所示：

4NO+4NH3+O3——4N2+6H2O

6NO+8NH3——7N2+12H2O

NO+NO2+2NH2——2N2+2H2O

2 目前低溫SCR脫硝催化劑研究進(jìn)展

2.1 金屬氧化物

當(dāng)前，一種或多種金屬氧化物的混合物用作催化劑，不僅能滿足低溫需求，而且具有極高的活性成分，現(xiàn)已得到了社會各界的廣泛關(guān)注。其中，錳基催化劑的低溫活性最佳，與之相關(guān)的研究非常多。

低溫固相法制作的無載體錳氧化物催化劑可以引用溫度在150℃以下的條件下進(jìn)行SCR 脫銷，實(shí)際一氧化氮的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到98%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析可知，以錳鉻復(fù)合型催化劑為例，MnOx-CrOx 的低溫催化活性非常高，尤其是在Cr(Cr-Mn)摩爾比在0.4，且溫度低于120℃的背景下，空速在30000h-1 時

應(yīng)用催化劑可以讓98%～99% 的氮氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)?，且展現(xiàn)出極高的活性和氮?dú)膺x擇性[1]。由于同種催化劑在不同條件或

制作方法下都會產(chǎn)生性能改變。因此，繼續(xù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究分析可知，二氧化硫和水的出現(xiàn)并不會影響選擇性催化還原的活性，相反添加鋯、鐵、鎳等不同金屬氧化物，都會制約催化劑的應(yīng)用性能。

2.2 分子篩

因?yàn)榉肿雍Y具有獨(dú)特性能，所以可以滿足低溫SCR 脫銷要求，且擁有極高的發(fā)展前景。以新穎蛋殼型錳氧化物/NaY 低溫SCR 催化劑為例，其在200℃的環(huán)境中，空速達(dá)到30000～50000h-1，且一氧化氮的轉(zhuǎn)變率可以達(dá)到80%～100%，擁有極高的抗水性能。通過實(shí)驗(yàn)探究分析可知，在低溫狀態(tài)下，蛋殼結(jié)構(gòu)是提高SCR 活性的主要原因[2]。需要注意的是，所選微孔分子篩低溫SCR 催化劑會受灰塵制約出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，這樣不僅會降低催化劑的活性，還會減少催化劑的應(yīng)用時間。因此，在引用這種催化劑時必須要研究向介孔和大孔分子篩的方向。

2.3 炭基

不管是分子篩還是金屬氧化物，兩者都可以在應(yīng)用中達(dá)到預(yù)期效果。同樣，炭基催化劑在低溫SCR 催化劑中的應(yīng)用效果也非常好，而活性炭纖維屬于一種較為優(yōu)質(zhì)的催化劑載體。

通過在實(shí)驗(yàn)探究中分析可知，三氧化二錳、三氧化二鈷及氧化鐵三種金屬氧化物在ACF 活性炭纖維中的活性研究，活性度最高的就是三氧化二錳，且會隨著反應(yīng)溫度的上升增加具體比例。尤其是在溫度達(dá)到零上150℃的情況下，一氧化氮的轉(zhuǎn)變率達(dá)到了92%[3]。同時，此時獲取的催化劑中的活性炭纖維能全面劃分金屬氧化物的顆粒，并為實(shí)際反應(yīng)提供充足的氣相接觸面積。

2.4 貴金屬

這類物質(zhì)在催化劑領(lǐng)域中的應(yīng)用非常多，現(xiàn)階段雖然有關(guān)上述三種類型的研究更加完善，但已經(jīng)開始針對貴金屬進(jìn)行活性成分探索。其中，最常見的貴金屬就是鉑，其大都是以Al2O3 為載體進(jìn)行分析。通過實(shí)驗(yàn)對比研究鉑和銠在不同金屬氧化物中的SCR 活性可知，兩者展現(xiàn)出的催化劑都擁有非常高的一氧化氮轉(zhuǎn)變率，但前者的效率更高，且氮?dú)膺x擇性要超過后者。

3 當(dāng)前低溫脫硝出現(xiàn)的問題和解決方向

現(xiàn)階段，不管是上述哪種催化劑在沒有二氧化氯和水的條件下，都可以展現(xiàn)出極高的一氧化氮轉(zhuǎn)變率，但因?yàn)閷?shí)踐工作中二氧化硫和水的含量不穩(wěn)定，所以極容易在它們的制約下出現(xiàn)活性下降現(xiàn)象。原因在于：其一，二氧化硫和催化劑在反應(yīng)出現(xiàn)硫酸鹽后，將會降低催化劑的活性。其二，二氧化硫和部分氨氣在反應(yīng)中獲取的硫酸銨鹽會附著在催化劑表層的堵塞活性點(diǎn)上。其三，水會在物理吸附中占據(jù)所有催化劑活性點(diǎn)。雖然現(xiàn)階段國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者針對低溫脫硝催化劑的研究越來越深入，但二氧化硫和水一直都是影響催化劑活性的主要原因，需要研究學(xué)者針對這一內(nèi)容進(jìn)行持續(xù)探索，并由此提升低溫脫硝活性。

4 SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用分析

一直到2008 年年底，我國現(xiàn)有發(fā)電裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)超過了7.9×108kW, 其中火電機(jī)組容量占據(jù)整體規(guī)模的75.9%。同時，預(yù)計(jì)在2020 年底，火電裝機(jī)容量可以達(dá)到1.21911×109kW，那么相應(yīng)火電行業(yè)排放氮氧化物含量可以達(dá)到1.453×107t。在這一背景下，長期釋放的氮氧化物勢必會威脅生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和空氣質(zhì)量安全，此時就需要有關(guān)研究學(xué)者根據(jù)新時代發(fā)展提出的現(xiàn)代化技術(shù)理念進(jìn)行持續(xù)探索革新。其中，SCR 脫硝技術(shù)就是現(xiàn)階段最常見且最高效的脫硝技術(shù)，現(xiàn)已得到了社會各界的支持和認(rèn)可。

相對我國來說，美國、日本等發(fā)達(dá)國家對SCR 脫硝技術(shù)的認(rèn)識和應(yīng)用更早，且很多供公司和研究單位對這一工藝的掌握已經(jīng)非常嫻熟。而我國不管是技術(shù)引進(jìn)還是設(shè)備應(yīng)用都不快，此時就要求我國組織專業(yè)人員對先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行全面學(xué)習(xí)，并由此提出和開發(fā)具備中國特色的技術(shù)內(nèi)容?，F(xiàn)階段，隨著我國大氣污染物排放量的控制要求越來越高，促使實(shí)踐推廣的SCR 脫硝技術(shù)得到了持續(xù)革新。在這一背景下，不管是技術(shù)探索還是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置都有了新的改變，這就需要各行企業(yè)在觀察市場變化的同時，結(jié)合自身需求選擇適宜的技術(shù)內(nèi)容，只有這樣才能有效控制氮氧化物的排放量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的發(fā)展目標(biāo)。以某地石電廠為例，其在安裝SCR 脫硝設(shè)備機(jī)組后，并引用了日本三菱重工業(yè)株式社提出的脫硝SCR 技術(shù)，在實(shí)踐發(fā)展中不僅有效解決了以往發(fā)展遇到的污染問題，而且可以從中收獲更多效益，對企業(yè)持續(xù)發(fā)展具有積極作用。

5 結(jié)語

綜上所述，低溫SCR 脫硝技術(shù)作為現(xiàn)階段各行企業(yè)發(fā)展革新關(guān)注的焦點(diǎn)，結(jié)合實(shí)踐案例分析可知，催化劑作為技術(shù)應(yīng)用的主要影響因素，在低溫狀態(tài)下很容易受二氧化硫和水的制約，因此需要各企業(yè)在整合自身發(fā)展方向的同時，根據(jù)現(xiàn)代化技術(shù)優(yōu)勢，提出適宜的工藝技術(shù)。這樣不僅能有效解決各環(huán)節(jié)的污染問題，而且可以嚴(yán)格管控氮氧化物的排放量?，F(xiàn)階段，不管是石化原料還是工業(yè)鍋爐等都對低溫SCR 脫硝技術(shù)提出了巨大需求，此時對有關(guān)催化劑的研究進(jìn)展和存在的問題進(jìn)行分析，是新時代發(fā)展下企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。