隨著國家對(duì)大氣污染物排放要求的進(jìn)一步提高,中低溫脫硝催化劑也將迎來更大的市場和挑戰(zhàn)。通過在不同溫度、煙氣流速、催化劑長度和水蒸氣含量下對(duì)已產(chǎn)業(yè)化的蜂窩催化劑的脫硝活性進(jìn)行系統(tǒng)考察,可以獲得該中低溫脫硝催化劑的適用區(qū)間與動(dòng)力學(xué)參數(shù),為各類不同行業(yè)選擇使用催化劑提供了事實(shí)依據(jù)。

脫硝催化劑

實(shí)驗(yàn)表明,在溫度高于160℃條件下,通過調(diào)變氣速與催化劑長度可以實(shí)現(xiàn)理論氨氮比的脫硝率;且在考察水蒸氣對(duì)脫硝活性的影響時(shí),發(fā)現(xiàn)脫硝率隨著水蒸氣含量的增加而逐步降低,在低溫條件下降低更加顯著,最大降幅達(dá)30%;依據(jù)2~4 m/s氣速下的脫硝率與停留時(shí)間的關(guān)系,擬合脫硝反應(yīng)活化能為22.7 kJ/mol,屬于典型的氣體外表面擴(kuò)散控制,可為低溫脫硝催化劑選型提供重要參考;180000 m3/h煙氣量的脫硝示范驗(yàn)證了該催化劑在180℃下脫硝率超過90%,顯示了優(yōu)良的工業(yè)應(yīng)用和推廣前景。

隨著我國對(duì)大氣污染物排放控制的逐步深化與嚴(yán)格,燃燒煙氣脫硝逐步從電力行業(yè)向非電行業(yè)轉(zhuǎn)移。中國大量的工業(yè)燃燒煙氣存在排放溫度低、量大面廣、煙氣條件復(fù)雜等特征,對(duì)催化劑與脫硝技術(shù)提出了新的要求。以我國現(xiàn)有鋼鐵行業(yè)為例,其中的焦化、燒結(jié)煙氣中NOx排放量占整個(gè)行業(yè)的50%以上,且煙氣排放溫度低于300℃,難以采用傳統(tǒng)中溫脫硝催化劑。2018年開始啟動(dòng)鋼鐵行業(yè)的超低排放改造,要求NOx排放值低于100 mg/m3,重點(diǎn)區(qū)域低于50 mg/m3,這對(duì)中低溫?zé)煔饷撓醮呋瘎┑膽?yīng)用技術(shù)提出了新的要求。

國內(nèi)開展中低溫?zé)煔饷撓醮呋瘎┭芯繄?bào)道比較多,主要涵蓋了錳系催化劑、釩系催化劑及活性焦催化劑體系。活性焦低溫脫硫脫硝催化劑最早由日本三井公司完成中試與示范,在120~160℃范圍內(nèi),利用活性焦對(duì)SOx的氧化吸附及對(duì)NOx的NH3催化還原作用,在移動(dòng)床中實(shí)現(xiàn)煙氣的脫硫脫硝與活性焦的再生循環(huán)工藝。目前該一體化技術(shù)在焦化與燒結(jié)煙氣治理中占有較大的市場份額,但投資成本高,操作難度較大,且存在活性焦磨損率大的問題,在應(yīng)用推廣中受到成本制約。

釩系中低溫催化劑源于中溫催化劑配方,通過調(diào)變釩的含量及添加低溫活性助劑,在150~300℃表現(xiàn)出優(yōu)良脫硝活性,Shell公司的顆粒狀催化劑及國內(nèi)目前生產(chǎn)的蜂窩狀催化劑均屬于該系列。而且此前國內(nèi)外關(guān)于脫硝動(dòng)力學(xué)的研究主要關(guān)注中溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為,采用經(jīng)驗(yàn)法和機(jī)理模型發(fā)現(xiàn)中溫時(shí)NO反應(yīng)速率取決于各反應(yīng)氣體濃度,氨氣反應(yīng)級(jí)數(shù)一般為零,氧氣高于1%時(shí)其反應(yīng)級(jí)數(shù)也為零,NO的反應(yīng)級(jí)數(shù)約為零,但對(duì)于低溫蜂窩體脫硝反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究較少。