SCR催化剂及工程应用

1、低温SCR 工艺和催化剂的研究低温 SCR 工艺通常是指SCR 反应器内采用的催化剂的适用温度在120300 或者更低的温度上，布置形式视具体的应用而不同，对于电站锅炉一般可采用尾部布置，催化剂通常也是采用价格低廉的金属氧化物为主。低温 SCR 工艺最为核心的问题是低温催化剂的研制和其结构设计。能够适合SCR 尾部布置和其他低温应用的需要，同时又可以减少对烟气进行再加热，就能够很好地脱除烟气中的NOx，这就必然要求催化剂的温度窗口在120300 之间有较高的脱硝效率。2.1 低温SCR 催化剂研究现状在国内外很多研究单位开展了对低温SCR催化剂的研究，主要研究内容包括了低温催化剂和催化剂载体。

2、目前国内外在低温SCR催化剂的研究和开发基本上集中于过渡金属氧化物的催化作用。铜或铜的化合物被认为具有较好的低温催化特性34，以氨为还原剂，可以达到90%以上的脱硝效率，但当烟气中有二氧化硫存在时，催化剂的活性将受到很大的影响。国外文献5用共沉淀法制备了M-Mg-Al的水滑石（其中 M=Cu2+,Co2+和Cu2+Co2+）催化剂，比较了它们的混合催化特性。研究结果表明：Cu-Mg-AlCu-Co-Mg-AlCo-Mg-Al，其中Cu-Mg-Al在温度为200250 范围内表现出80% 95%的脱硝效率，但该文献对烟气中存在的SO2和水蒸汽的影响没有深入讨论。国外文献6报道了MCr2O4 (M

3、 =Mg, Zn, Fe, Co, Ni, Cu) 的催化剂，在250 左右能达到60%以上的脱硝效率。锰（Mn）被认为具有非常突出的低温催化特性。国外文献7报道的锰的复合型催化剂Mn-Ce-Ox是目前报道的低温SCR催化剂中活性最高的催化剂，实验研究表明在 Mn/(Mn+Ce)的比例为0.3时，该催化剂在低温下（120 ）和很高的流速下保持近乎100%的脱硝效率。研究结果表明，复合型的催化剂比任何一种单一组分的效果都好。在中温情况下（300400 ），钒的氧化物对NO的催化转化率较高，但容易把烟气中的二氧化硫氧化形成三氧化硫，再与氨反应形成硫氨化合物，粘附在催化剂表面使催化剂中毒，所以商业的

4、中温SCR催化剂V2O5-WO3 (MoO3)/TiO2 中往往控制V2O5含量。但最近公布的研究资料表明，在低温的SCR系统中，钒的氧化物不仅具有一定的脱硝效率，而且对于低浓度的SO2具有较好的抗毒作用，这可能是低温下钒对二氧化硫氧化率比较低。国外文献8证实了负载在炭-陶瓷载体上的钒具有较好的低温特性，同时该催化剂对二氧化硫的抗毒能力大于目前报道的锰的催化剂。但烟气中存在的水蒸汽对该催化剂还是稍微有影响，研究结果表明，水蒸汽对它的影响主要是水蒸汽分子吸附在催化剂表面，造成了对 NO吸附量的减少。国外文献9报道了在蜂窝载体上负载碳材料，再在碳材料上负载V催化剂，进行了低温SCR特性研究，在15

5、0 温度下得到了59.8%72.1%的脱硝效率，在180 温度下得到68%78.6%的脱硝效率。国内中国科学院山西煤化学研究所也对负载在炭蜂窝载体上的V2O5进行研究，在200 温度下，该催化剂不仅具有一定的脱硝效果，而且同时具有抗SO2毒害的性能1012。文献1314报道了在丝光沸石与分子筛上负载Ce催化剂，不仅得到比较高的脱硝效率，而且可以把没有反应完全的NH3转化为N2，减少了NH3的二次泄漏。南开大学环境学院最近以炭材料为载体，在实验室下合成了以Mn、V和Ce构成的复合氧化物为催化剂，在低温下具有较高的脱硝效率，同时对烟气中存在的二氧化硫具有一定的抵抗能力。开发具有工程实用性的低温SC

6、R催化剂和载体仍然需要进一步研究。2.2 低温SCR 工程应用(1) 催化剂选择和催化剂典型设计参数催化剂的选择是SCR工程设计的重要组成部分，因为催化剂型式和添加量与脱硝效率及脱硝投资有着很大的关系。不同的催化剂或不同配比的催化剂其脱硝效率、选择性、对SO2氧化率、自身物化特性、使用温度、稳定性、使用寿命等都有很大不同。因此，催化剂的选择是关系到脱硝效率及投资、运行的关键所在。工程实际选择时，应依据所使用的烟气状况、脱硝效率、投资额度等相关要求，在充分评价与论证的基础上进行合理选择。在工业生产中，催化剂的设计主要涉及到的是催化剂支撑材料和活性材料的配比、催化剂的基本型式和尺寸等。既要考虑到如

7、何发挥催化剂的最大效率和尽可能地延长使用寿命，减少气体的压降和催化剂的阻塞，同时又要兼顾到具体使用场地的具体条件。下表为日本触媒的催化剂的一些基本规格参数和适用工况。低温SCR可以用蜂窝状碳材料为载体，上面再负载低温型的催化剂来实现。碳材料载体的开发和应用是低温SCR的关键。(2) 低温SCR 反应器设计和布置低温SCR系统在电厂中的布置一般采用的是尾部布置，反应器内催化剂的填装也可以采用传统的的2+1 设计模式（见图2）。即：反应器具有三层催化剂的总添加容量，在初期运行先添加两层催化剂预留一个催化剂添加位，当催化剂活性降低，尾部NOx 监测显示超出允许排放范围时，再添加第三层，从而充分有效地

8、利用催化剂，使系统保证运行效率同时减少运行成本。催化剂层上安置吹灰器，目前采用的吹灰方式大多是高压蒸汽吹灰，也可以采用先进的超声波吹灰器以减少对催化剂本身的影响。在烟气的进口百叶窗对烟气流量进行调整和控制，保证催化剂的利用率。在反应器的进气和出气管道间安设旁路，从而保证SCR 反应器在锅炉运行时进行必要的催化剂更换和故障检修。SCR催化反应器的压力损失是设计中应当着重考虑的问题，压力损失与催化剂的型式、用量和使用时间等都有着很大的关系。因此，设计时应根据烟气催化剂和脱硝装置生产厂家提供的设计参数，合理选择引风机等辅助设备15-17。(3) 烟气和氨的混合图3是加氨系统流程图，氨与空气混合经过蒸

9、发器加热蒸发后进入喷氨格栅（AIG），随后与烟气混合。烟气和氨的混合是SCR运行中的重要问题，如果二者混合不均，不但影响脱硝效率和经济性，同时也容易造成局部喷氨过量腐蚀设备和造成空气的二次污染。因此，要合理的布置AIG、烟气/氨混合器的位置和选择适合的氨喷嘴型式。工程设计时， AIG和混合器的位置及喷嘴形式是根据烟道的布置情况，通过中试试验来确定。同时，也应当尽可能在设计时优化烟道，加设烟气导流挡板，使进入SCR反应器内的烟气气流分布均匀，流量可适当调控18,19。(4) 低温SCR工程应用的其他问题烟气温度：因为不同的低温催化剂，其温度窗口还是略有差别的，烟气的温度对催化剂的脱硝效率和使用寿命依然会有很大影响。因此，应根据具体参数选用相宜的催化剂。烟气空速：在反应器内，空速过大，烟气与催化剂的接触时间短，NOx与NH3的反应不充分，NOx的去除率低，难于达到允许的排放标准；但若空速过小，反应器利用率过低，降低了经济效益。NOx与NH3摩尔配比：设定NOx与NH3的摩尔比可以调节脱硝效率和NH3泄漏。摩尔比较小时，NOx与NH3的反应不充分，NOx去除率低；当摩尔比超过一定范围时，NOx去除率有所增加，造成氨泄漏量增大。NOx、NH3准确监测：NOx排放浓度、喷氨量、氨泄漏量均根据SCR在线控制系统的NO