炽热碳还原法脱硝技术

炽热碳还原法脱硝技术汇报内容课题背景和意义国内外NOX脱除方法炽热炭还原脱硝法机理及热力学分析炽热炭还原脱硝法反应条件炽热炭还原脱硝法工艺炽热炭还原脱硝法研究与工业化成果工业化推广待研究解决问题NOx排放对人体和环境产生严重的损害，尤其是中国目前雾霾产生的主要诱因之一一、课题背景和意义

NOX自然形成供热锅炉其他方面汽车尾气化工厂NOX的来源发电厂2010年全国工业NOx排放总量1700万吨。其中发电和供热燃煤锅炉排放量占55%。对燃煤锅炉烟气进行脱硝具有重要的意义。国内外脱除方法活性炭法脱硝等离子法脱硝微生物法脱硝催化法烟气脱硝湿法烟气脱硝选择性催化还原SCR选择性非催化还原SNCR吸附法炽热炭还原法二、国内外NOX的脱除方法普遍工业化脱除方法优点缺点湿法洗涤脱硝脱硝效率高系统复杂且用水量大并有水污染，需要消耗大量的能量选择性催化还原脱除率高，还原剂耗量少需耗氨，投资运行费用高，催化剂活性低易中毒选择性非催化还原还原剂易得，可回收余热还原剂耗量大，脱硝效率不高，产生CO和氰化氢等的污染物微生物脱硝法微生物法对氮氧化物的脱除效率很,具有工艺简单、能耗低、投资及运行费用少、无二次污染等工业应用化程度很低,主要处于实验室研究阶段活性炭吸附法NOX脱除率高NO脱除效果差炽热炭还原法脱除率高；投资少运行费用低；工艺简易，操作简单；没有二次污染，无需后处理条件控制严格等离子法脱硝脱硝效率高设备和运行费用高昂SCR脱硝目前研究热点低温催化剂Cu系复合催化剂Mn系复合催化剂钒系催化剂降低反应温度，减少热量的损失。但是氨用量没有减少。与H2经高温高压催化反应空气NH3与NOx催化还原N2+H2=NH34NH3+4NO+O2=4N2+6H2O按2010年NOx排放量为1700万吨，燃煤锅炉占55%，需要消耗的氨量为：1700×0.55÷30×17=530万吨，2010年全国合成氨产量为4960万吨，如果将燃煤锅炉产生的NOx全部采用用SCR方法处理，每年需要消耗全国年产量10%的合成氨才能实现，经济上非常不合理。当尾气中含有O2时：三、炽热炭还原脱硝法机理及热力学分析3.1脱硝机理3.2热力学分析400-1500k气氛中，氮氧化物与C和CO反应的平衡常数Kp在107~1073范围,这说明了NOx被C和CO很容易被还原。2C+O2=2CO38.228.5823.7720.8818.9617.03反应

温度K400600800100012001500C+2NO⇄N2+CO270.5048.2036.2028.7023.7218.73C+NO2⇄1/2NO+CO259.2040.9031.4025.8022.00---2C+2NO⇄N2+2CO61.2043.6034.7029.4025.7622.102C+NO2⇄1/2N2+2CO47.2035.7029.9026.4024.10---2C+O2=2CO38.2025.8023.7720.8818.9617.03CO+NO⇄1/2N2+CO243.0026.9018.9014.1010.007.53CO+NO2⇄1/2N2+CO+1/2O239.0026.3019.3015.1012.40---研究一研究二研究三转化率达80%以上时温度：4.1反应温度对NOx转化率影响500-900℃四、炽热炭还原脱硝法反应条件

图1去除率温度曲线

图2温度对无烟煤还原NOx影响图3各种碳还原能力的比较

850-920℃550-650℃700-750℃温度700℃，氧含量6%，实验空塔气速在0.1~0.2m/s0.5--0.7s4.2反应时间对NOx转化率影响说明只有NOx在炭层中达到一定的停留时间才能被炭还原，空速过高来不及反应使还原效率下降。80%

烟煤：具有挥发分较高，作为原料脱硝的同时会造成二次的污染。

半焦：具有发达的孔结构，碳的比例较高，反应性好。

焦炭：挥发分较低，孔隙率高，热值大。

从经济性和脱硝效果两方面综合考虑，我们可以选择在800℃左右的热解温度下对烟煤进行热解得到拔头半焦。4.3原料选取项目粒度mesh比表面积m2/g表面上孔的覆盖率孔径分布μ1无烟煤30一702901000.3—1002冶金焦8一125451—403新鲜炭12一20111.5—101无烟煤还原能力最强,2冶金焦次之,3新鲜炭最弱。还原能力主要与炭的物理性质特别是比表面和孔结构有关。各种碳还原能力的比较95%氧的存在降低了反应温度，提高了转化率，氧气促进了炭的低温汽化而产生了碳活性位和表面含氧化合物，有利于氮氧化物的还原。空间速度：5000h-14.4氧含量对NOx转化率影响氧含量的变化对转化率影响不大，工程中无需外接鼓风机补充氧气温度700℃，空速5000~7000h-1氧含量对NOx转化率影响5.1SCR脱硝工艺五、炽热炭还原脱硝法工艺1锅炉炉膛2屏式过热器3对流过热器4脱硝反应器5省煤器6空气预热器7除尘器8脱硫反应器9风机10烟筒炽热炭脱硝工艺流程图500-900℃5.2反应器形式的选取固定床：床层压降较大，半焦的加入以及卸灰比较困难。流化床：需要附加设备（风机等），操作复杂，成本较高。

移动床：床层压降较小，操作简单，便于连续化操作。综合考虑，反应器形式选取移动床。移动床脱硝反应器1.移动床脱硝反应器，内衬有百叶窗型构件，反应器中焦碳由两侧百叶窗型构件夹持。2.移动床脱硝反应器，还原剂半焦的直径为5~10cm。3.移动床脱硝反应器，进口烟气的温度为500-900℃。4.氮氧化物脱除效率可达99%以上，能够满足GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》的要求。5.3热平衡问题消耗的炭与NOx物质的量比约为10~12

：11立方米烟气：n(NOx)=0.8/30+0.08/46=0.0284molm(C)=0.0284*12*12=4.1g/m3烟气参考：炭还原法治理石油流化催化裂化催化剂再生烟气中氮氧化物研究_张俊丰由资料查得：对于2×300MW的发电厂，日发电量约为1440万度电（24小时满发），产生烟气约为46000000m346000000m3*4.1g/m3烟气*10-6=189吨/天189吨/14400000kwh=13.1g/kwh实验过程，反应器进出口烟气温度升高了近100℃，在实际工程中，烟气温度的变化，以及总的热量平衡尚待研究。6.1实验阶段1.清华大学—炽热碳还原法净化NOx的试验研究，以无烟煤、焦炭等含碳固体为还原剂,

在800-1000℃的温度范围内,硝酸(NOx)尾气的净化率可达90-99%,净化后尾气中的NOx浓度一般低于200ppm。2.湘潭大学—炭还原法治理石油流化催化裂化催化剂再生烟气中氮氧化物研究，在模拟烟气上考察了反应温度、空间速度和氧气含量对氮氧化物转化率的影响，以木炭作为还原剂，在700℃、氧含量为6%、1500h-1的空速下转化率达到95%。六.炽热炭还原脱硝法研究与工业化成果1.一种干法氮氧化物废气处理装置（专利号：CN96224411.2），适用于工业上间歇或连续排放高浓度氮氧化物废气的处理，脱除效率可达99%。2.氮氧化物废气处理反应器（专利号：CN02263020.1），涉及一种硝酸生产和硝酸使用中产生NOx废气的氮氧化物废气处理反应器。6.2相关专利1.在北京燕山石化做了无烟煤净化试验。NOx浓度为3000-5000ppm，在900-1000℃的温度下，空速高达30000h-1，还原率仍达99%左右。2.在石家庄化肥厂用无烟煤及该厂造气用的机焦、土焦及其混合焦末做还原剂，利用直径250的模型专职进行试验。碳质粒度5-10mm，装碳高度10-20cm，NOx浓度为2000-5000ppm，氧含量在6%左右，当流量为20-30m3/h（空速为500-1500h-1），可使碳质固体在装置中稳定的燃烧，温度在900℃以上，还原率可达