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水泥窑低温SCR脱硝技术研究

北极星环保网来源:水泥工程 桑圣欢2018/6/2 11:44:17我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝工艺 SCR 水泥行业

2 低温SCR 脱硝催化剂研究

低温SCR 催化剂研究主要集中在两方面:

(1)针对不同的载体,例如碳材料、金属氧化物载体Al2O3、TiO2 或金属离子交换分子筛载体ZSM-5 等开发高效低温SCR 催化剂;

(2)在高效载体上配合不同的活性物质,如V、W、Mn、Cu、Ni、和Pt 等金属氧化物,使催化剂具有高抗SO2  和水蒸气活性。目前主要研究的几种催化剂低温SCR 脱硝性能见表2。

3.1 锰基(MnOx)低温SCR 催化剂

锰基低温SCR 催化剂主要分为两类:非负载型锰基低温SCR 脱硝催化剂和负载型低温SCR  脱硝催化剂。非负载型锰基催化剂是由锰的各种氧化物直接构成的催化剂;负载型催化剂是将锰的氧化物负载到具有较大比表面积的载体上构成的催化剂,如MnOx/TiO2、MnOx/Al2O3、MnOx/AC(活性炭)、MnOx/ACF(活性炭纤维)等。

以碳酸钠和氨水作为共沉淀剂,以Mn(NO3)2˙ xH2O 为 MnOx 的前驱物,利用共沉淀法制备了非负载型MnOx  催化剂,以此种方法制备的催化剂具有较高的比表面积和非晶态的框架构造,并且催化剂中含有残炭。此种催化剂在100~200  ℃范围内表现出较高的催化脱硝活性,在高空速比400 000 h-1,温度100 ℃条件下,脱硝效率仍可超过90%;在空速比47000h-1,80  ℃时的脱硝效率为98%,在100~150 ℃催化剂的脱硝效率达到100%[2]。

锐钛矿型TiO2 具有较大的比表面积,与烟气中存在的SO2 氧化成SO3 反应性能较差,并且较Al2O3和ZrO2  为载体相比,硫酸铵盐吸附具有更差的稳定性,锐钛矿型TiO2 成为锰基低温SCR 脱硝催化剂载体的主要选择。对于MnOx/TiO2 而言,制备时所采用的MnOx  前驱物和负载量的不同会对催化剂中MnOx相产生影响。

相比共沉淀法,溶胶凝胶法制备的 MnOx/TiO2 具有更好的低温SCR 催化脱硝性能。并且,较低活化能值使MnOx/TiO2 比ZSM-5  为载体的锰基催化剂展现出更高的催化活性。一些过渡金属氧化物,如Fe、Cu、Ni、Cr 作为改性剂可抑制 MnOx/ TiO2  在煅烧过程中烧结,并且提高MnOx/TiO2 的催化活性。金属Ce 作为改性剂加入到MnOx/TiO2  催化剂中,可增加催化剂的表面化学吸附氧及催化剂本身的酸性,明显提高MnOx/TiO2 的低温SCR 脱硝活性, 150 ℃、空速比42000h-1  时,催化脱硝效率达到95%。

2.2 钒基(V2O5)低温SCR 脱硝催化剂

朱珍平等[3]对V2O5/AC 低温脱硝催化剂进行研究,研究表明,260h 内V2O5/AC 低温脱硝性能表现稳定,V2O5  负载量对低温脱硝性能影响显著,随着负载量的增加,低温脱硝效率逐渐增加,负载量由0 增加到5%,脱硝效率由15%增加到80%。通过掺加Mo、W、Zr  等对V2O5/AC 进行改性,脱硝活性稍微降低,但抗SO2 中毒性能明显改善。

V2O5/TiO2 催化剂在 300~400 ℃具有较高的催化脱硝特性,增加V2O5 的负载量可提高V2O5/TiO2  的低温(低于300℃)脱硝活性,但由于V2O5 可促进烟气中SO2 转化为SO3 及N2O 的形成,将导致催化剂失活,寿命缩短。研究表明,V2O5/TiO2  催化剂低温脱硝活性受V2O5 的结构及覆盖度、TiO2 晶型等因素的影响。F、Se、Sb、Cu、S 等对V2O5/TiO2  催化剂进行低温改性,可明显提高V2O5/TiO2 的脱硝性能。

3 水泥窑低温脱硝工艺布置

水泥熟料生产过程中,原料中硫含量不同,熟料生产的排放尾气中SO2 含量有高有低,原料烘干磨启停同样影响窑尾烟囱排放口SO2  含量。鉴于低温催化剂对粉尘和SO2 的敏感性,水泥窑低温脱硝布置有两种形式。

(1)针对原料含硫量高的水泥窑低温脱硝装置布置在最上层预热器出口与余热锅炉之间,预热器出口烟气温度近300  ℃,生成的硫胺盐大部分将分解,可有效减缓催化剂的中毒。同时,由于预热器出口粉尘含量在70 g/m3  左右,应设计合适的空速比减缓对催化剂的冲刷,布置图见图2。

(2)针对原料含硫低的水泥窑低温脱硝装置布

置在窑尾布袋除尘器后,除尘器后烟气中粉尘浓度30mg/m3,烟气温度在120~180 ℃,此种布置方法避免了催化剂对粉尘的冲刷,但对催化剂抗SO2  中毒提出了更为严格的要求,工艺布置图见图3。

4 结语

随着水泥工业氮氧化物排放越来越严格,为满足环保标准,低温脱硝将成为水泥窑炉脱硝的主要工艺,针对目前低温脱硝催化剂在其他行业的应用情况及存在问题,结合水泥窑炉实际情况,应在以下方面做进一步的研究,改进低温SCR  催化剂综合性能,开发出适合水泥窑炉的低温SCR 脱硝催化剂。

(1)提高低温SCR催化剂的活性和选择性,使其在120~180 ℃区间具有较高的NOx 脱除性能。

(2)As 等的中毒能力,延长催化剂的使用寿命。

(3)提高催化剂的机械强度和热稳定性,减少阻力,降低成本,提高使用性能和市场竞争力。

(4)提高低温脱硝催化剂的再生性能,使废催化剂能最大程度资源化。

延伸阅读:

水泥窑SCR烟气脱硝催化剂的选型与应用

水泥窑协同处置危险废物工艺选择浅谈

水泥窑炉选择性催化还原法SCR脱硝技术

《水泥窑协同处置固体废物污染防治技术政策》

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