焦化行业烟气低温SCR脱硝中试研究.docx

焦化行业烟气低温SCR脱硝中试研究-1--5-焦化行业烟气低温SCR脱硝中试研究氮氧化物是主要的大气污染物之一会引起酸雨、光化学烟雾等破坏地球生态环境和损害人体健康的一系列问题危害严重氮氧化物的治理是目前大气环境保护中的重点和难点。2022年10月开始实施的国家标准《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)首次将焦炉烟囱排放的氮氧化物(NOx)列为我国焦化企业大气污染物排放的控制指标并规定自2022年1月1日起现有及新建企业均要执行500mg/m3(机焦、半焦炉)200mg/m3(热回收焦炉)的氮氧化物排放浓度限值[1]引起焦化业界的普遍关注。低温SCR技术是采用较低温度(小于300℃)[2]的条件下活性较高的催化剂利用NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O的技术一般采用尾部布设的方式即脱硝装置布置于除尘脱硫之后与一般的高温SCR技术相比具备能耗低、系统布置方便、催化剂使用期限长、运转成本低等优点可有效避免传统SCR技术的诸多不足具备良好的工业应用前景是当前国内外烟气脱硝技术研究的热点。从国内外低温SCR技术的研究现状来看该技术工业化的主要障碍是低温范围以内活性不高、催化剂抗硫及抗水性能差、脱硝效率不稳定等问题。1中试背景焦炉在装煤、推焦、熄焦及生产过程当中会产生大量烟气其成分非常复杂其主要污染物为二氧化硫二氧化碳氮氧化物多环芳烃、酚类、氰化物、硫化物、重金属以及二恶英类等[4]。张兰英等[5]采用自制串联采样装置优选出前处理方法并用GCGC/MS测定有机污染物对焦炉烟气进行全量有机污染物分析共统计出12类293种有机化合物。炼焦尾气中污染物成分复杂可能会导致催化剂中毒影响其脱硝活性。目前国内焦化行业SCR脱硝技术的应用较少而日本早在20世纪80年代就将SCR脱硝技术应用于东京鹤见工厂的焦炉烟气NOx控制通过中试和工业示范装置的建设与运转验证了技术可行性其使用TiO2-WO3-V2O5催化剂适宜的反应温度为300℃当氨与NOx的摩尔比(NH3/NOx)为0.92时NOx去除率(脱硝效率)可达90%[6]。炼焦尾气的排烟温度一般在200℃以下若采用低温SCR脱硝技术处理炼焦尾气中的氮氧化物可以有效减少能耗。目前国内还没有炼焦尾气低温SCR技术的应用对于低温SCR催化剂的研究大都是在实验室条件下进行的采用模拟烟气条件下研发出来的SCR催化剂不一定能够用于实际的工况条件要想研发出可工程化应用的针对焦化行业烟气的低温脱硝催化剂就必须不断地把所研发的催化剂进行实际工况测试故本文选取乌海某焦化厂炼焦尾气进行现场中试以测试选用的低温SCR催化剂工况条件下的脱硝效率验证焦炉尾气低温SCR脱硝的可行性。2催化剂概况中试选用四川大学国家烟气脱硫工程技术研究中心自主研发的低温SCR催化剂进行试验。此催化剂经实验室条件验证具备良好的抗硫和抗水性能。在120～250℃温度范围以内能保持99%以上的高NO脱除率。该催化剂不仅大大降低了SCR反应的起活温度而且拥有较宽的温度窗口和较高的反应活性。3中试装置本低温SCR脱硝中试的工艺流程如图1所示采用尾部布设低温SCR工艺。流量计1控制进入脱硝中试装置的烟气量烟气经除湿器后由电加热器加热。氨气来源于液氨钢瓶由流量计2控制进入系统的氨气量以满足中试设定的氨氮摩尔比。流量计3控制进入氨气稀释器的空气量稀释后的氨气在混合器中与烟气充分混合后进入脱硝反应器。低温SCR催化剂装填于脱硝反应器中反应器内径0.3m催化剂装填高度约0.24m催化剂层设有温度探头。中试采用德国SICK公司生产的S710多组分气体分析仪对脱硝反应器进出口的烟气组分进行连续在线监测。4实验部分4.1参数选取4.1.1NH3与NO摩尔配比在烟气脱硝过程当中氨、氮的摩尔比即n(NH3)/n(NO)是一个重要的工艺指标。NH3不足会导致SCR反应不完全脱硝效率不高而NH3过高不仅对SCR反应不利还会导致NH3逃逸率增加。通过现场实验n(NH3)/n(NO)为1是比较合适的比例既保证了较高的脱硝活性也不会引起较高的NH3逃逸。在氨、氮的摩尔比确定后根据分析仪检测的氮氧化物浓度选取合适的喷氨量。4.1.2烟气空速烟气空速值是SCR反应的重要参数其含意是：单位时间、单位反应器体积中的进料体积(按基准状态进行计量)。在反应器内空速过大烟气与催化剂的接触时间紧迫NOx与NH3的反应不充分NOx的去除率低难以达到允许的排放标准;若空速过小反应器利用率过低降低了经济效益。通过现场调试及试验本中试选定的最佳运转空速值为SV=3500h-1。4.2高负荷脱硝实验进入脱硝中试装置的烟气流量约为55m3/h通过现场调试选定催化剂层温度为150℃进行脱硝中试。结合焦炉高负荷运转时的尾气氮氧化物浓度设定进入系统的氨气流量为0.35L/min。中试装置开