低温SCR催化剂的工程应用及其发展中的问题

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低温SCR催化剂的工程应用及其发展中的问题低温SCR催化剂的工程应用及其发展中的问题何洪北京工业大学2017.4.23⋅杭州北京工业大学环境与能源工程学院

1低温SCR催化剂的工程应用及其发展中的问题一、大气污染与非电力行业脱硝二、低温SCR催化剂的性能三、宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程四、SCR催化剂发展中的问题北京工业大学环境与能源工程学院

2大气污染与非电力行业脱硝2012年1月11日－13日北京的雾霾PM2.5浓度瞬间值甚至已经超过了1000g/m3北京工业大学环境与能源工程学院

3大气污染与非电力行业脱硝建设中的某电厂SCR脱硝工程北京工业大学环境与能源工程学院

4新环境空气质量标准GB3095-2012）经国务院常务会议审议，2012年2月29日发布，2016年1月1日起在全国正式实施。2012年，京津冀、长三角、珠三角等重点第一个受到各界广泛关注的环境标准区域以及直辖市和省会城市；第一个经国务院常务会议审议的环境标准2013年，113个环境保护重点城市和国家第一个分期实施的空气质量标准环保模范城市；二氧化氮、臭氧限值基本与国际标准接轨2015年，所有地级以上城市；颗粒物限值与WHO空气质量导则低轨相接2016年1月1日，全国实施新标准。非电力行业NOx新标准：焦化、钢铁、玻璃、水泥、石油化工、∙∙∙∙∙∙趋势:标准日趋严格，超低排放或近零排放。北京工业大学环境与能源工程学院

5大气污染与非电力行业脱硝典型之一：焦化行业1.自2015年1月1日起，现有企业大气污染物焦炉烟囱排放标准：焦炉类型颗粒物二氧化硫氮氧化物机焦、半焦炉30mg/m350mg/m3500mg/m3热回收焦炉30mg/m3100mg/m3200mg/m32.采取特别保护措施的地区，大气污染物焦炉烟囱排放标准：排放环节颗粒物二氧化硫氮氧化物焦炉烟囱15mg/m330mg/m3150mg/m3北京工业大学环境与能源工程学院

6大气污染与非电力行业脱硝SO2烟温低含量？非电行业烟气烟气粉尘成水份大条件分复杂排放烟气成不稳定分复杂北京工业大学环境与能源工程学院

7大气污染与非电力行业脱硝烟温低中高温SCR催化剂无法应用SO2含量高形成硫酸氢胺粉尘成分复杂催化剂中毒易堵塞挑战排放不稳定影响催化剂寿命水份大影响活性、腐蚀设备烟气成分复杂SCR催化剂中毒，多功能北京工业大学环境与能源工程学院

8大气污染与非电力行业脱硝烟气组分的全分析烟气灰份分析非电行业脱硝锅（炉）窑运行工况工程前的准备工作催化剂配方设计和调整可能需要进行侧线实验反应器设计，工艺设计和模拟北京工业大学环境与能源工程学院

9VO/MoO-TiO2532VO,1-3wt%,MoO3-6wt%,TiO85-93wt%2532其它元素和助剂北京工业大学环境与能源工程学院

10低温SCR催化剂性能注项目性能保证单位数据根据工程要求和条件脱硝效率%75∼90而选择化学寿命期内SO2氧化率%＜1化学寿命期内NH3逃逸率ppm≤5允许运行温度内化学寿命年3催化剂型式蜂窝式35×35，30×30，根据烟气含尘量而确孔数25×25，20×20，定材料比表面积m2/g>70催化床层高度根据反催化剂单元尺寸mm×mm×mm150×150×(400∼1000)应器设计而确定依照催化床层高度而化学寿命期内催化剂层压降Pa100-300变化允许运行温度内机械寿命年5根据脱硝工程条件而设计运行温度℃160-300确定北京工业大学环境与能源工程学院

11项目设计参数烟气流量/m3/h100-530烟气温度/℃100-450入口NOx浓度/mg/m3<3200入口SO2浓度/mg/m3<3000NH3/NOx反应摩尔比0.5-2催化剂层数1-2NH3逃逸/ppm<10北京工业大学环境与能源工程学院

12反应空速对催化剂活性的影响温度230℃NO浓度1000mg/m3SO浓度3000mg/m32条工业SCR催化剂产品2O219%（150mm×150mm×800mm，蜂窝形，30孔）H2O6%北京工业大学环境与能源工程学院

13催化剂抗硫性能T=270oCT=270oC催化剂的脱硝效率下降到80%左右需要运行1360hoR²=0.8425T=230C催化剂的脱硝效率下降到80%左右需要运行1280hoT=230C空速4500h-1NOx1000mg/m3SO3000mg/m32O219%H2O6%北京工业大学环境与能源工程学院

14宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程宝钢湛江焦化工程设计建设4×65孔7米顶装焦炉，4座焦炉共2个烟囱。为满足《炼焦化学工业污染物排放标准》中焦炉烟囱SO和NO的排放浓度要求，2X1A1B、2A2B焦炉分别设置1套焦炉烟气脱硫脱硝装置，共计2套净化装置。2×65孔7米顶装焦炉（1个烟囱）烟气参数：焦炉烟气量NOxSO2颗粒物烟囱根部翻板阀前原料(Nm3/h)(mg/m3)(mg/m3)(mg/m3)温度(℃)吸力(Pa)混合煤气5170005008030220450工程完成后的污染物排放指标：NOxSO2颗粒物NH3逃逸量(mg/m3)(mg/m3)(mg/m3)(mg/m3)150301515北京工业大学环境与能源工程学院

15宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程宝钢湛江钢铁分别为1A1B、2A2B焦炉设置1套焦炉烟道废气脱硫脱硝净化装置，共计2套净化装置。单套净化装置的处理烟气量为517000Nm3/h，单套除尘脱硝一体化装置配套14个SCR脱硝反应仓室，设计每台反应器2+1层催化剂，标况空速4500h-1，工况空速7800-8150h-1，北京工业大学环境与能源工程学院

16宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程工艺路线：宝钢湛江钢铁焦炉采用焦炉煤气和高炉煤气按照一定比例混烧。焦炉烟道废气先经过脱硫塔采用半干法脱硫，废气进脱硫塔前温度是180℃，出脱硫塔时温度为170℃；经脱硫后的烟气再经过热风炉加热至200℃进除尘脱硝一体化装置，经脱硝反应器时烟气流向是从下至上；废气通过脱硫、除尘、脱硝净化处理后，通过烟囱达标排放。北京工业大学环境与能源工程学院

17宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程先脱硫，在除尘，最后SCR脱硝半干法脱硫-NaHCO3除尘+SCR反应器一体化设计14个反应仓室，可循环单独再生热风炉：提温+再生设计之初的担忧：工程之不足：•硫酸氢铵•反应器设计复杂，成本提•Na盐对催化活性的影响？高；•再生时间和频率•脱硫灰的处置北京工业大学环境与能源工程学院

18宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程宝钢现场催化剂从2015年12月17日运行至2016年2月29日各项指标变化趋势情况5605405205004804604404204003803603403203002802602402202001801601401201008060402002015/12/172015/12/182015/12/192015/12/202015/12/212015/12/222015/12/232015/12/242015/12/252015/12/262015/12/272015/12/282015/12/292015/12/302015/12/312016/1/12016/1/22016/1/32016/1/42016/1/52016/1/62016/1/72016/1/82016/1/92016/1/102016/1/112016/1/122016/1/132016/1/142016/1/152016/1/162016/1/172016/1/182016/1/192016/1/202016/1/212016/1/222016/1/232016/1/242016/1/252016/1/262016/1/272016/1/282016/1/292016/1/302016/1/312016/2/12016/2/22016/2/32016/2/42016/2/52016/2/62016/2/72016/2/82016/2/92016/2/102016/2/112016/2/122016/2/132016/2/142016/2/152016/2/162016/2/172016/2/182016/2/192016/2/202016/2/212016/2/222016/2/232016/2/242016/2/252016/2/262016/2/272016/2/282016/2/29日期入口温度（℃）喷氨量（m3/h）NOx入口浓度（mg/Nm3）NOx出口浓度（mg/Nm3）脱硝效率（%）北京工业大学环境与能源工程学院

19宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程宝钢现场催化剂从2016年3月1日运行至2016年5月31日各项指标变化趋势情况6206005805605405205004804604404204003803603403203002802602402202001801601401201008060402002016/3/12016/3/22016/3/32016/3/42016/3/52016/3/62016/3/72016/3/82016/3/92016/3/102016/3/112016/3/122016/3/132016/3/142016/3/152016/3/162016/3/172016/3/182016/3/192016/3/202016/3/212016/3/222016/3/232016/3/242016/3/252016/3/262016/3/272016/3/282016/3/292016/3/302016/3/312016/4/12016/4/22016/4/32016/4/42016/4/52016/4/62016/4/72016/4/82016/4/92016/4/102016/4/112016/4/122016/4/132016/4/142016/4/152016/4/162016/4/172016/4/182016/4/192016/4/202016/4/212016/4/222016/4/232016/4/242016/4/252016/4/262016/4/272016/4/282016/4/292016/4/302016/5/12016/5/22016/5/32016/5/42016/5/52016/5/62016/5/72016/5/82016/5/92016/5/102016/5/112016/5/122016/5/132016/5/142016/5/152016/5/162016/5/172016/5/182016/5/192016/5/202016/5/212016/5/222016/5/232016/5/242016/5/252016/5/262016/5/272016/5/282016/5/292016/5/302016/5/31日期入口温度（℃）喷氨量（m3/h）NOx入口浓度（mg/Nm3）NOx出口浓度（mg/Nm3）脱硝效率（%）北京工业大学环境与能源工程学院

20宝钢湛江钢铁焦化烟气低温SCR脱硝工程建议的催化剂应用条件（主要影响因素为烟气温度和SO浓度，对烟气中NOx2的浓度没有严格限制，一般需要小于3000mg/Nm3）SO2浓度(C)温度（oC）(mg/M3)160-180180-200200-220220-250250-270270-300<50OKOKOKOKOKOK502000不建议不建议不建议不建议需原位热再需原位热再生生北京工业大学环境与能源工程学院

21SCR催化剂发展中的问题1.运行温度下探到120oC(对于含硫含水烟气）2.无钒或少钒（<0.5wt%）低温SCR催化剂开发3.稀土基脱硝催化剂4.催化剂抗硫抗水问题北京工业大学环境与能源工程学院

22SCR催化剂发展中的问题1.低温不是困难，困难是低温抗硫抗水测试条件：NO1000ppmNH1000ppm3O6%2平衡气N2SV=30000h-1北京工业大学环境与能源工程学院

23SCR催化剂发展中的问题测试条件：NO1000ppmNH1000ppm3O6%2HO5%2平衡气N2SV=30000h-1温度120℃恒定北京工业大学环境与能源工程学院

24SCR催化剂发展中的问题2.在SCR催化剂体系中，添加Ce化合物，表现出提高抗硫性能，可能是一种假象，CeO成为了S的牺牲剂。2评价条件NO:1000ppm,NH3:1000ppm,O2:6%,SV=30000h-1,平衡气N2实心代表新鲜催化剂，空心代表硫化（SO2+O2）后样品北京工业大学环境与能源工程学院

25SCR催化剂发展中的问题3.Ce基的硫酸盐，也具有很好的脱硝活性（350oC),可能具有很好的抗硫性能。Reactionconditions:NO1000ppmNH1000ppm3SO175ppm2O6%2HO6%2ThebalancedwasN2SV=30000h-1硫化处理（SO+O/N300oC)40和60小时222,北京工业大学环境与能源工程学院

26SCR催化剂发展中的问题3.Ce基稀土催化剂还是一个很有希望的体系，但是还需要深入的工作，找到最佳配方和事宜的应用场合。1001V20CeTi1005W20CeTi9080SO+HOon228060SO+HOon227040SO+HOoff22NOConversion(%)60SO2+H2Ooff(%)NOConversion205000510152025303540450510152025303540Reactiontime(h)Reactiontime(h)1005Mo20CeTi90NOconversionsoverthecatalystinthepresenceofSOandHOat300℃.8022SO+HOon22SO+HOoff2270NOConversion(%)605001020304050607080Reactiontime(h)北京工业大学环境与能源工程学院

27SCR催化剂发展中的问题1.非电行业烟气工况与成分复杂，极具挑战性；2.低温SCR催化剂具有良好的抗硫性能，获得了一些工程验证；3.宝钢湛江焦化低温脱硝运行稳定，标志着低温SCR催化剂进一步成熟；4.研发SCR催化剂，重要的抗硫抗水的问题；5.Ce基催化剂具有应用的可能性，但是，需要进一步成熟。北京工业大学环境与能源工程学院

28谢谢！欢迎提问！北京工业大学环境与能源工程学院

29汽车尾气污染排放控制与稀土催化材料低温SCR脱硝技术需要重视的几个重要数据SO：3>160°C气相SO3138-160°C气相HSO，烟气条件下24<138°C液相HSO24NHHSO：44>330°C分解（根据催化剂不同而变化）216-330°C气相NHHSO43<216°C液相NHHSO与灰分一起形成黏稠的固体43，NHNO43110°C，NHNO─→NH+HNO4333185～200°CNHNO─→NO+2HO4322北京工业大学环境与能源工程学院