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福鑫环保氮氧化物废气处理工艺——还原法!

福鑫环保氮氧化物废气处理工艺——还原法!

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来源:
发布时间:
2020/05/08
【摘要】:
Robert W Hemquist认为,还原法可分为选择性催化还原法(SCR), 选择性非催化还原法(SNCR),非选择性催化还原法和催化分解法;也可按催化剂的不同分为贵金属催化剂还原法,过渡金属催化剂还原法,陶瓷及固体金属催化剂还原法,无催化剂还原法,目前研究和应用比较多的属于还原法脱销的工艺主要有:

Robert W Hemquist认为,还原法可分为选择性催化还原法(SCR), 选择性非催化还原法(SNCR),非选择性催化还原法和催化分解法;也可按催化剂的不同分为贵金属催化剂还原法,过渡金属催化剂还原法,陶瓷及固体金属催化剂还原法,无催化剂还原法,目前研究和应用比较多的属于还原法脱销的工艺主要有:

Ø 选择性催化还原法(SCR):

选择性催化还原法(SCR)的原理是在适宜的温度(一般250~450℃)范围内和催化剂的作用下,使用还原剂有选择性地将废气中的氮氧化物还原为N2,所用的催化剂有钯,铂贵金属或Cu, Cr, Fe, Mn, Co, Ni等的氧化物(以铝矾土为载体)。

若以氨作还原剂,NOX在300~400℃的催化剂层中被分解为N2和H2O,NH3还原NOX的主要反应如下:

主反应8NH3+6NO2→7N2+12H2O+653.31kcal                          (1-2)

       4NH3+6NO→5N2+6H2O+432.245kcal                          (1-3)

副反应6NH3+8NO2→7N2O+9H2O                                    (1-4)

       2NH3+8NO→5N2O+3H2O                                    (1-5)

       4NH3+3O2→2N2+6H2O                                      (1-6)

       4NH3+4O2→2N2O+6H2O                                     (1-7)

上述主副反应温度的变化表现出两种互为相反的变化趋势,因此对反应区间有一定的要求,但是只要针对所选用的催化剂选择好适当的温度范围,仍能获得较高的NOX转化率。

选择性催化还原法由于还原剂同尾气中的O2不反应或很少反应,因而还原剂用量少,反应释放的能量少,催化床温度变化少,操作上容易控制,工艺上采用一段式流程,除此之外,还原剂氨相对易得,引燃温度和催化床温度较低,催化床工作温度通常低于300℃,明显改善了催化剂和反应器的工作条件,虽然应用氨选择性催化还原法具有净化效率高,工艺设备紧凑,运行可靠等特点,但是SCR技术也有一定的缺点,比如投资成本,运行成本较高,催化剂活性,寿命不够长,价格较贵等问题。

Ø 选择性非催化还原法(SNCR):

选择性非催化还原法(SNCR)是在没有催化剂作用的情况下,注入还原剂和氮氧化物发生还原反应。选择性非催化还原法(SNCR),由Exxon公司于20世纪六七十年代开创,采用氨作原料,加尼福利亚研究院(EPRI)于80年代进一步发展为采用尿素为原料,Fuel-Tech公司的NOXOUT是一种以尿素为原料的SNCR工艺,这种工艺需要精密设计的喷射系统,以便将稳定的尿素溶液喷入燃烧气中,从而使大多数NOX还原发生在1650-2100℉的温度范围,喷嘴一般是多层次的,负荷变化时可自动控制。

该法特点是不需催化剂,投资较SCR法小,仅为SCR的1/5左右(包括设备费用和操作费用),但还原剂消耗量较SCR法多。SNCR通过烟道气流中产生的氨自由基与NOX反应,达到去除氮氧化物的目的,反应式如下:

       4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O                                    (1-8)

由于该法没有催化剂,所以反应的温度必须严格控制在900℃~1200℃之间,若温度低于900℃,则NH3的反应不完全,造成所谓的“氨穿透”,而温度高于1000℃,则下面的竞争反应将占优势,导致氮氧化物排放量增加:

       4NH3+5O2→4NO+6H2O                                    (1-9)

因此控制好反应温度是非常重要的,另外,氨注入的不足在于NH3不可能完全反应,从而带来二次污染,当注入的是尿素溶液时,在930℃~1040℃有较高的还原NOX的活性,通常尿素溶液的浓度为50%。

SNCR技术是较为成熟的脱销技术,但是也有一些缺点,如氨的逃逸率高,还原剂消耗量大,需要精密设计的喷射系统,还原反应的温度高且控制比较严格等。

Ø 非选择性催化还原法:

气源中的NO2和NO在一定温度和催化剂作用下,被还原剂CH2,CO,CH4及其他低碳氢化合物还原为氮气,同时还原剂还与气源中的氧气反应生成水和二氧化碳。在这种脱销过程中,反应需借助于催化剂的催化作用,而还原剂与NOX和O2都发生反应,无选择性,所以称为非选择性催化还原反应。常用的还原剂有合成氨释放气,焦炉气,天然气,炼油厂尾气和汽油石脑油等,可总称为燃料气,常用催化剂有铂(Pt)和钯(Pd)。

该法由于存在着过量氧,燃料消耗量大,需贵金属做催化剂,需增设热回收装置,投资大,因而在国内逐渐被淘汰。

Ø 催化分解法:

在众多的NOX治理途径中,将NOX直接分解为N2和O2的方法具有工艺简单,产物可以直接排入大气,不会造成二次污染等优点,被认为是治理NOX的最佳途径。对氮氧化物的分解有催化作用的组分有铂系金属,过渡金属,稀土金属及其氧化物等。迄今为止人们研究所得的催化剂体系主要有:贵金属催化剂,金属氧化物催化剂以及分子筛催化剂,将这些催化剂应用到实际,是目前汽车尾气催化净化技术发展的热点,由于这些催化剂在实际运用中仍然存在一些问题,估计在不久的将来,这些技术会有所突破。