随着国家对大气污染物排放要求的进一步提高,中低温脱硝催化剂也将迎来更大的市场和挑战。通过在不同温度、烟气流速、催化剂长度和水蒸气含量下对已产业化的蜂窝催化剂的脱硝活性进行系统考察,可以获得该中低温脱硝催化剂的适用区间与动力学参数,为各类不同行业选择使用催化剂提供了事实依据。
脱硝催化剂
实验表明,在温度高于160℃条件下,通过调变气速与催化剂长度可以实现理论氨氮比的脱硝率;且在考察水蒸气对脱硝活性的影响时,发现脱硝率随着水蒸气含量的增加而逐步降低,在低温条件下降低更加显著,最大降幅达30%;依据2~4 m/s气速下的脱硝率与停留时间的关系,拟合脱硝反应活化能为22.7 kJ/mol,属于典型的气体外表面扩散控制,可为低温脱硝催化剂选型提供重要参考;180000 m3/h烟气量的脱硝示范验证了该催化剂在180℃下脱硝率超过90%,显示了优良的工业应用和推广前景。
随着我国对大气污染物排放控制的逐步深化与严格,燃烧烟气脱硝逐步从电力行业向非电行业转移。中国大量的工业燃烧烟气存在排放温度低、量大面广、烟气条件复杂等特征,对催化剂与脱硝技术提出了新的要求。以我国现有钢铁行业为例,其中的焦化、烧结烟气中NOx排放量占整个行业的50%以上,且烟气排放温度低于300℃,难以采用传统中温脱硝催化剂。2018年开始启动钢铁行业的超低排放改造,要求NOx排放值低于100 mg/m3,重点区域低于50 mg/m3,这对中低温烟气脱硝催化剂的应用技术提出了新的要求。
国内开展中低温烟气脱硝催化剂研究报道比较多,主要涵盖了锰系催化剂、钒系催化剂及活性焦催化剂体系。活性焦低温脱硫脱硝催化剂最早由日本三井公司完成中试与示范,在120~160℃范围内,利用活性焦对SOx的氧化吸附及对NOx的NH3催化还原作用,在移动床中实现烟气的脱硫脱硝与活性焦的再生循环工艺。目前该一体化技术在焦化与烧结烟气治理中占有较大的市场份额,但投资成本高,操作难度较大,且存在活性焦磨损率大的问题,在应用推广中受到成本制约。
钒系中低温催化剂源于中温催化剂配方,通过调变钒的含量及添加低温活性助剂,在150~300℃表现出优良脱硝活性,Shell公司的颗粒状催化剂及国内目前生产的蜂窝状催化剂均属于该系列。而且此前国内外关于脱硝动力学的研究主要关注中温反应动力学行为,采用经验法和机理模型发现中温时NO反应速率取决于各反应气体浓度,氨气反应级数一般为零,氧气高于1%时其反应级数也为零,NO的反应级数约为零,但对于低温蜂窝体脱硝反应动力学研究较少。
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