選擇性催化還原法SCR煙氣脫硝原理及工藝圖譜介紹演示文稿

選擇性催化還原法SCR煙氣脫硝原理及工藝圖譜介紹演示文稿2023/3/101當前1頁，總共78頁?！攀?/p>

※SCR法煙氣脫硝機理※SCR法煙氣脫硝催化劑及其性能評價※催化劑選擇計算※瑞基公司催化劑當前2頁，總共78頁。概述當前3頁，總共78頁。全球氮氧化物排放形勢，中國尤其嚴重。氮氧化物大量排放將產生一系列危害：形成酸雨，光化學煙霧，溫室效應，破壞臭氧層，危害人類健康。我國出臺的環(huán)保法規(guī)，對NOx減排要求日趨嚴格，并開始征收排污費?！敖ㄔO資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”。當前4頁，總共78頁。全球氮氧化物分布當前5頁，總共78頁。氮氧化物（NOx）是酸雨和光化學煙霧污染致成氣體。我國NOx污染日益嚴重，一些特大型城市的空氣氮氧化物濃度超標，氮氧化物的環(huán)境容量已基本處于飽和狀態(tài)，一些地方甚至出現(xiàn)光化學煙霧。國家雖然對SO2的污染進行了大力治理，但由于NOx排放量的持續(xù)增加，SO2減排對降低酸雨強度和酸雨頻率的影響已經不大，一些地區(qū)的酸雨性質已由單一的硫酸型向硫酸－硝酸復合型轉化。電廠作為NOx排放的大戶，我國于2004年1月1日起執(zhí)行新的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223—2003），對NOx排放進一步嚴格規(guī)定；在《排污費征收使用管理條例》中規(guī)定，從2005年7月起對NOx征收與SO2相同的排污費。當前6頁，總共78頁。當前7頁，總共78頁。當前8頁，總共78頁。SCR法煙氣脫硝機理當前9頁，總共78頁。當前10頁，總共78頁。凈煙氣原煙氣催化劑整流器噴氨當前11頁，總共78頁。SCR法煙氣脫硝反應反應方程式：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O

當前12頁，總共78頁。副反應當前13頁，總共78頁。SCR催化劑是由活性金屬和具有多孔結構的陶瓷體組成。催化劑的孔內具有活性位。這些活性位在化合物結構中是酸性基團，還原反應在此發(fā)生。當前14頁，總共78頁。SCR氣固催化反應歷程示意圖當前15頁，總共78頁。SCR氣固催化反應歷程示意圖，整個過程由七個步驟組成，其中①為反應氣體（NH3和NO）從主氣流擴散到催化劑外表面，②為反應氣體從催化劑外表面擴散到催化劑內表面，③為反應氣體在催化劑表面的活性中心吸附，④為在催化劑表面吸附的反應氣體發(fā)生反應生成N2和H2O，⑤為反應產物從催化劑內表面解吸，⑥為反應產物從催化劑內表面擴散到外表面，⑦為反應產物從外表面擴散到主氣流。其中①和⑦屬于外擴散過程（又稱相間擴散），都是氣體在主氣流與催化劑外表面的擴散，只是方向相反，在外擴散中，氣體需通過催化劑表面的邊界層，而邊界層厚度受空速比等影響，所以外擴散過程受到空速比等因素影響；②和⑥為內擴散過程（又稱相內擴散），反應氣體或產物通過催化劑通道從催化劑表面擴散到催化劑的內表面（或相反），內擴散速度會受到催化劑的孔結構的影響；在反應過程中，③④⑤的吸附、反應和解吸難以嚴格區(qū)分，通常統(tǒng)稱為化學反應過程。當前16頁，總共78頁。SCR反應歷程上圖表示了NH3和NOx在催化劑上主要反應過程為：(1)NH3通過氣相擴散到催化劑表面；(2)NH3由外表面向催化劑孔內擴散；(3)NH3吸附在活性中心上；(4)NH3與NOX反應生成N2和H2O；(5)反應生成物在催化劑表面脫附；(6)N2和H2O通過微孔擴散到催化劑表面；(7)N2和H2O擴散到氣相主體。在上述七個步驟中，第（1）和第（7）兩步稱為外擴散過程；第（2）和第（6）兩個步驟稱為內擴散過程；第（3）、（4）和第（5）是在催化劑表面上進行的化學反應過。當前17頁，總共78頁。SCR反應機理當前18頁，總共78頁。NH3法SCRDeNOx反應屬于氣固兩相催化反應，反應滿足Eley-Rideal機理，即反應發(fā)生在催化劑表面強烈吸附的NH3和氣相或微弱吸附的NO之間，O2對反應有促進作用。NH3會在催化劑表面的V=O和V5+-OH活性位上發(fā)生強烈快速的化學吸附，所以NH3/NO比在1附近或大于1時，反應速率與NH3濃度無關，即與NH3成零級反應；然后表面活性位上吸附的氨氣與NO結合生成活性復合物，該過程速度緩慢，反應速度與氣相中NO分壓成正比；之后表面活性復合物會快速分解釋放出N2和H2O；最后在O的作用下實現(xiàn)催化劑表面V=O活性位的再生，完成催化循環(huán)。反應完全與O2濃度無關，即與O2濃度成零級反應。當前19頁，總共78頁。SCR反應遵循Eley-Rideal機理（V2O5-WO3/TiO2），NO脫除反應與NO成一級反應，NH3成零級反應，O2成零級反應，反應速率滿足以下公式。反應速率與催化劑表面的V=O活性位數(shù)量密切相關，當反應氣體超過活性位的處理能力時，反應速率可能會受到活性位數(shù)量的限制。當前20頁，總共78頁。SCR法煙氣脫硝催化劑當前21頁，總共78頁。催化劑是SCR法煙氣脫硝的關鍵，理想的催化劑需要滿足以下條件：（1）活性高：燃煤電廠煙氣具有量大、濃度低的特點，NOx一般在400-1500mg/Nm3，為滿足排放標準的要求，需要達到60~90%的脫硝效率，即要求催化劑有很高的SCR反應活性；（2）選擇性強：還原劑NH3主要是被NOx氧化成N2和H2O，而不是被O2氧化，催化劑的高選擇性有助于提高還原劑的利用率，降低運行成本；當前22頁，總共78頁。（3）SO2氧化率低，最大SO2氧化率為1%：SO2氧化活性如果過高，會生成較多的SO3，將與逃逸的NH3和煙氣中水蒸氣反應生成硫酸氫銨，在催化劑或下游的空預器及其他管道設備上沉積，引起堵塞、腐蝕等問題，影響系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行；（4）最大氨逃逸量<3ppm。（5）機械性能好：燃煤電廠大多采用高灰布置方式，SCR催化劑需長期受氣流和粉塵的沖刷磨損，安裝過程對催化劑的機械強度也有一定的要求；當前23頁，總共78頁。（6）抗毒性強：煙氣和飛灰中含有較多的毒物，催化劑需要耐毒物的長期侵蝕，長久保持理想的活性；（7）良好的化學、機械和熱穩(wěn)定性；（8）較大的比表面積和良好的孔結構；（9）壓降低；（10）價格低；（11）壽命長；當前24頁，總共78頁。此外，要求SCR催化劑結構簡單，占地省，易于拆卸或裝填等。目前本公司生產的蜂窩式V2O5-WO3/TiO2基SCR催化劑已可以滿足以上要求。當前25頁，總共78頁。常用催化劑主要配方以V2O5-WO3（MoO3）/TiO2

為例：TiO2：90%左右（w/w）V2O5：0.3-1.5%（w/w）WO3、MoO3（分別約為10%和6%，w/w）其他成型添加劑和結構助劑注：WO3、MoO3一般只選用其中一種當前26頁，總共78頁。（1）活性物質V2O5

脫硝活性強，選擇性好，抗毒性和抗硫性強，是一種良好的SCR催化劑活性物質，尤其是將V2O5負載于TiO2上，催化劑的活性、選擇性、抗硫性進一步增強，是目前商業(yè)SCR催化劑廣泛采用的結構。但V2O5對SO2的氧化也有活性，會將煙氣中SO2催化氧化為SO3，生成的SO3與泄漏的NH3、水蒸汽等反應生成硫酸銨鹽，在催化劑表面及SCR反應器下游的設備和管道上沉積，引起堵塞、腐蝕和壓降上升等問題，故商業(yè)催化劑中V2O5含量一般較低。當前27頁，總共78頁。不同V2O5含量的SCR催化劑的NO脫除率當前28頁，總共78頁。在V2O5/TiO2催化劑中V2O5會以單體釩氧物、聚合釩氧物和V2O5晶體的形式存在。低V2O5含量時以單體釩氧物為主，隨著負載量的上升會生成聚合釩氧物；當V2O5負載量超過單分子層覆蓋時，部分聚合釩氧物會轉化成V2O5晶體。單體釩氧物和低聚體釩氧物對SCR反應活性最好。(a)(b)（c）銳鈦型TiO2表面釩氧物的結構圖（a）單體V=O；（b）二聚體；（c）三聚體當前29頁，總共78頁。（2）載體物質V2O5是一種良好的SCR脫硝的活性物質，但是在實際應用中往往將其負載于其他金屬氧化物表面，采用負載型催化劑不但可以降低催化劑成本，提高V2O5的分散度，增加V2O5與反應氣體的接觸機會，提高催化活性，而且V2O5自身對SO2的氧化活性很強，降低V2O5濃度有助于抑制SO2的氧化，此外使用金屬氧化物作為助催化劑還可提高選擇性，抑制催化劑燒結等。本公司選用從國外進口的納米級優(yōu)質TiO2作為SCR催化劑的載體。當前30頁，總共78頁。載體材料的以下特性是很重要的：（1）孔隙率；（2）比表面積（m2/g）（催化劑表面積（m2/m3））；（3）孔徑分布；（4）穩(wěn)定性。當前31頁，總共78頁。8種催化劑載體及其制備催化劑的BET比表面積(m2/g)BET表面積工業(yè)級銳鈦型硫酸法納米銳鈦型硫酸法納米金紅石硫酸法納米混合型*氯化法納米銳鈦型氯化法納米金紅石型鈦酸丁酯納米銳鈦型一般的商業(yè)催化劑TiO2粉體(m2/g)7.8213635.216222334.5152-催化劑(m2/g)7.5870.125.661.356.123.160.252.3*90%銳鈦型/10%金紅石型當前32頁，總共78頁。（3）助催化劑作為商業(yè)SCR催化劑，除需要具有良好的活性和選擇性外，還需具有較好的機械強度、熱穩(wěn)定性和抗毒性，需要添加粘結劑，玻璃纖維等結構助劑來提高催化劑的機械性能，另外為改善催化劑性能還需添加一定的化學助劑。常用的有WO3、MoO3等。當前33頁，總共78頁。WO3可提高TiO2載體的熱穩(wěn)定性，抑制銳鈦型TiO2的燒結和金紅石化，并可以抑制SO2的氧化，延長使用壽命；MoO3可增強催化劑的抗As2O3中毒性能；WO3、MoO3等因與TiO2有電子協(xié)同作用故可提高V2O5/TiO2的DeNOx活性，另外有一些金屬氧化物對催化劑活性影響不大甚至有所抑制，但可改善催化劑的其他性能。助催化劑雖然對催化劑的活性影響不大，但是對催化劑的熱穩(wěn)定性、抗毒性和機械性能有較強影響，對于催化劑的實際應用有重要意義。當前34頁，總共78頁。WO3含量對NO脫除率的影響當前35頁，總共78頁。SCR催化劑類型目前市場上的SCR催化劑有三種：即蜂窩式，板式與波紋板式.當前36頁，總共78頁。蜂窩狀催化劑板式催化劑波紋板式催化劑截面形狀系統(tǒng)陶制均勻，整體充滿活性成分以金屬為載體，表面涂層為活性成分。波紋狀纖維做載體，表面涂層為活性成分。特點表面積大、活性高、催化體積??；催化活性物質比其他類型多50~70%；催化再生仍保持選擇性。表面積小，催化劑體積大；生產簡便，自動化程度高；煙氣通過性好，但上下模塊間易堵塞；實際活性物質比蜂窩式少50%；上下模塊之間易堵塞。表面積介于蜂窩式與板式之間，重量輕；生產自動化程度高；活性物質比蜂窩式少70%煙氣流動性很敏感；上下子模塊之間易堵塞。適用范圍高塵及低塵均適用高塵及低塵均適用主要用于低塵市場情況蜂窩式催化劑表面積大、活性高、體積小等突出優(yōu)點，目前占據(jù)了80%的市場份額不同類型催化劑對比當前37頁，總共78頁。催化劑性能評價當前38頁，總共78頁。小型評價裝置當前39頁，總共78頁。催化劑DeNOx性能SO2氧化和氨逃逸當前40頁，總共78頁。反應溫度范圍在SCR系統(tǒng)中，最佳反應溫度取決于工藝中使用的催化劑和煙氣組成。對于大多數(shù)商業(yè)SCR催化劑，最佳溫度范圍在250～425℃。NOx的脫除率會隨著溫度上升到370～400℃達到最大值。當溫度高于400℃時，反應速率和NOx脫除效率開始下降，并且會有一系列副反應發(fā)生。當前41頁，總共78頁。當前42頁，總共78頁。隨著煙氣溫度接近最佳值時，反應速率上升，較少催化劑體積就可以達到相同的NOx脫除率。當煙氣溫度從320℃上升到最佳反應溫度370～400℃時會使需要的催化劑體積下降約40％。催化劑體積的下降同時也導致催化劑系統(tǒng)投資成本的大幅下降。煙氣溫度、催化劑體積和NOx的脫除率之間的關系是一個復雜的關系，與催化劑的配方和形式等有關。每一種催化劑的物理和化學特性需要在不同的操作條件下進行優(yōu)化。對于特定的催化劑配方，需要的催化劑體積和溫度范圍會有所差異。因此催化劑的選擇對于SCR系統(tǒng)的操作和運行是關鍵的。當前43頁，總共78頁。O2濃度對脫硝性能的影響當前44頁，總共78頁。NH3/NO的影響

當前45頁，總共78頁。

如果工業(yè)應用需要將氨逃逸量控制在5ppm以下時，可控制[NH3]/[NO]<1.05，如果需要控制在3ppm，則要控制[NH3]/[NO]<1。從不同[NH3]/[NO]的氨逃逸量的試驗結果都可以說明當煙氣中NO濃度很低時，SCR催化劑對NH3的SCO反應具有一定的活性，否則氨的逃逸量會遠遠大于測試值。

當前46頁，總共78頁?？账俦龋⊿V）的影響

當前47頁，總共78頁。不同反應溫度，NO脫除率隨著SV的增加而降低，因為隨著SV的增加，反應劑在催化劑中停留時間縮短，與催化劑活性位接觸的概率下降，從而造成NO脫除率的下降。若以商業(yè)催化劑的80%NO脫除率的要求來衡量，從圖中觀察需要SV小于3500h1。低溫段(320℃)，SV對NO脫除率的影響比較大，而高溫段SV對NO脫除率的影響相對較小。當SV很小時，NO脫除率會隨著SV的減小而減小，這一方面是因為反應劑與催化劑的接觸時間延長，會引起NH3的氧化等副反應，另一方面是因為當SV太小催化劑表面的層流邊界層很厚，不利于反應劑穿透邊界層到達催化劑表面發(fā)生反應，從而出現(xiàn)NO脫除率隨著SV下降而下降的現(xiàn)象。當前48頁，總共78頁。

水蒸氣含量對NO脫除率的影響

當前49頁，總共78頁。

對于不同水蒸氣含量的情況下，除了2%水蒸氣含量的時候情況較為特殊外，在水蒸氣含量超過5%時對NO脫除率影響不大，所以可認為在工業(yè)應用條件下，水蒸氣對SCR反應的影響為零級反應。當前50頁，總共78頁。混合度還原劑必須要在煙氣中充分擴散和混合以確保反應劑之間能有充分的接觸。混合是通過噴射系統(tǒng)將加壓的氣相NH3噴射到煙氣中。噴射系統(tǒng)控制噴射煙氣的噴射角、噴射速率和噴射方向。一些系統(tǒng)將氨氣與載體如蒸汽或空氣一起噴入以提高在煙氣中的穿射。噴射系統(tǒng)要在應用中具體設計。煙氣和反應劑流動的數(shù)學模型可以優(yōu)化蒸汽噴射系統(tǒng)。當前51頁，總共78頁。煙氣和氨氣的混合是在SCR反應器之前。如果混合不夠充分，NOx還原就不是很充分。SCR設計必須要有足夠的從氨氣噴射點到反應器進口之間足夠的長度以確保充分的混合?；旌峡梢酝ㄟ^以下方面有所提高：（1）在反應器前安裝靜態(tài)混合器；（2）提高噴射流體的能量；（3）增加噴射器的數(shù)量和增加噴射區(qū)數(shù)量；（4）改變噴嘴設計提高反應劑的分布、噴射角度和方向。當前52頁，總共78頁。催化劑的失活（活性下降）（1）中毒：

在燃燒煙氣中的特定組分對催化劑有中毒作用。催化劑毒物包括Ca、Mg、K、Na、As、Hg和Pb等物質及其氧化物以及HCl，HF等。這些組分會滲透到小孔的活性位上并與其發(fā)生不可逆的結合從而使催化劑活性下降。催化劑的中毒是催化劑失活的主要原因。當前53頁，總共78頁。（2）熱燒結：

SCR反應器內的高溫會引起燒結。燒結是指由于高溫使得催化劑的孔結構發(fā)生改變從而使得催化劑活性發(fā)生永久降低的現(xiàn)象。熱燒結的量取決于催化劑的組成與結構。良好的催化劑載體材料可以更耐催化劑的熱燒結，從而延長催化劑的使用壽命當前54頁，總共78頁。（3）表面掩蔽、堵塞和粘污：

煙氣中的硫酸銨鹽、飛灰和其他的顆粒物會引起催化劑的表面掩蔽、堵塞或磨損。顆粒物在催化劑表面和孔內的活性位上沉積，會導致NOx還原反應的活性位的數(shù)量有所下降，使催化劑的壓降上升。當前55頁，總共78頁。（4）磨損：

顆粒物的沖擊和較大的內部氣流速度會使催化劑材料磨損。具有堅硬引導角的催化劑或者增加催化劑強度可以使得催化劑更耐磨損。（5）老化：

催化劑隨著時間物理和化學特性會有所變化，活性下降。當前56頁，總共78頁。K2O含量對NO脫除率的影響

當前57頁，總共78頁。CaO對催化活性的影響

當前58頁，總共78頁。ZnO對催化活性的影響

當前59頁，總共78頁。PbO對催化活性的影響

當前60頁，總共78頁。中試試驗裝置當前61頁，總共78頁。催化劑選擇計算當前62頁，總共78頁。設計參數(shù)煙氣流量煙氣溫度范圍，鍋爐負荷變化情況煙氣中NOx濃度煙氣組成（結合燃料性質，燃燒情況）燃料類型和分析（工業(yè)分析，元素分析）反應器尺寸，及其布置位置鍋爐類型(粉煤,旋風式，排渣方式等)當前63頁，總共78頁。性能要求NOx脫除效率氨泄漏量反應系統(tǒng)壓降SO2

氧化率使用壽命反應器的尺寸的限制安裝和更換的要求當前64頁，總共78頁。設計結果催化劑總體積結構參數(shù)：壁厚，節(jié)距，長度，硬化段模塊尺寸活性組分及其含量添加劑操作要求當前65頁，總共78頁。一般情況下：

1MW發(fā)電量需要3的催化劑，即600MW電廠需用催化劑360-480m3。預先放置兩層，備用一層，三年后開始更換。當前66頁，總共78頁。瑞基公司催化劑當前67頁，總共78頁。公司介紹：瑞基科技發(fā)展有限公司位于浙江寧波象山經濟開發(fā)區(qū)，項目投資約3億元，引進日本，德國生產設備，擁有國外引進技術催化劑生產工藝，年生產催化劑可達25000m3。公司以從國外引進的先進催化劑生產技術為核心，根據(jù)客戶的需求，結合電廠的實際情況生產性質最優(yōu)的催化劑。并提供最有效的SCR系統(tǒng)解決方案。當前68頁，總共78頁。當前69頁，總共78頁。生產廠房布置當前70頁，總共78頁。TiO2+添加劑+活性組分混合+捏合老化真空擠壓

干燥煅燒切割，定長組成模塊蜂窩狀催化劑生產過程當前71頁，總共78頁。當前72頁，總共78頁。主要產品參數(shù)催化劑形式蜂窩式蜂窩式節(jié)距（mm）(pitch)10.58.77基材TiO2TiO2活性