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(duì)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(guó)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(huì)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(guó)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(guó)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(huì)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(guó)家的支持和認(rèn)可。對(duì)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(guò)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(huì)影響低溫SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用效果。我國(guó)針對(duì)這一技術(shù)的探究最初是由中國(guó)建筑料科學(xué)研究總院陶瓷科學(xué)研究院提出的。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),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?duì)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(guò)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(huì)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(wú)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(shí)
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(huì)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(huì)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(huì)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(guò)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(huì)受灰塵制約出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,這樣不僅會(huì)降低催化劑的活性,還會(huì)減少催化劑的應(yīng)用時(shí)間。因此,在引用這種催化劑時(shí)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(guò)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(huì)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(shí),此時(shí)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(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)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(guò)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(huì)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(huì)附著在催化劑表層的堵塞活性點(diǎn)上。其三,水會(huì)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(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者針對(duì)低溫脫硝催化劑的研究越來(lái)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(duì)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(guó)現(xiàn)有發(fā)電裝機(jī)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)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(shí),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(zhǎng)期釋放的氮氧化物勢(shì)必會(huì)威脅生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定和空氣質(zhì)量安全,此時(shí)就需要有關(guān)研究學(xué)者根據(jù)新時(shí)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(huì)各界的支持和認(rèn)可。
相對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō),美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)SCR 脫硝技術(shù)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用更早,且很多供公司和研究單位對(duì)這一工藝的掌握已經(jīng)非常嫻熟。而我國(guó)不管是技術(shù)引進(jìn)還是設(shè)備應(yīng)用都不快,此時(shí)就要求我國(guó)組織專業(yè)人員對(duì)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(guó)特色的技術(shù)內(nèi)容?,F(xiàn)階段,隨著我國(guó)大氣污染物排放量的控制要求越來(lái)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(chǎng)變化的同時(shí),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(duì)企業(yè)持續(xù)發(fā)展具有積極作用。
5 結(jié)語(yǔ)
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(shí),根據(jù)現(xiàn)代化技術(shù)優(yōu)勢(shì),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。現(xiàn)階段,不管是石化原料還是工業(yè)鍋爐等都對(duì)低溫SCR 脫硝技術(shù)提出了巨大需求,此時(shí)對(duì)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(shí)代發(fā)展下企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。