选择性催化还原法烟气脱硝原理及工艺图谱介绍ppt课件.ppt

选择性催化还原法选择性催化还原法烟气烟气脱硝脱硝机理及催化剂介绍机理及催化剂介绍 Selective Catalytic Reduction (SCR) •- 1 -※概述概述 ※SCRSCR法烟气脱硝机理法烟气脱硝机理※SCR※SCR法烟气脱硝催化剂及其性能评价法烟气脱硝催化剂及其性能评价※催化剂选择计算催化剂选择计算※瑞基公司催化剂瑞基公司催化剂•- 2 -概概 述述•- 3 -+全球氮氧化物排放形势，中国尤其严重氮氧化物大量排放将产生一系列危害：形成酸雨，光化学烟雾，温室效应，破坏臭氧层，危害人类健康我国出台的环保法规，对NOx减排要求日趋严格，并开始征收排污费建设资源节约型、环境友好型社会” 。

•- 4 -全球氮氧化物分布全球氮氧化物分布•- 5 - 氮氧化物（NOx）是酸雨和光化学烟雾污染致成气体我国NOx污染日益严重，一些特大型城市的空气氮氧化物浓度超标，氮氧化物的环境容量已基本处于饱和状态，一些地方甚至出现光化学烟雾国家虽然对SO2的污染进行了大力治理，但由于NOx排放量的持续增加，SO2减排对降低酸雨强度和酸雨频率的影响已经不大，一些地区的酸雨性质已由单一的硫酸型向硫酸－硝酸复合型转化电厂作为NOx排放的大户，我国于2004年1月1日起执行新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223—2003），对NOx排放进一步严格规定；在《排污费征收使用管理条例》中规定，从2005年7月起对NOx征收与SO2相同的排污费•- 6 -•- 7 -•- 8 -SCRSCR法烟气脱硝机理法烟气脱硝机理•- 9 -•- 10 -净烟气净烟气原烟气原烟气催化剂催化剂整流器整流器喷氨喷氨•- 11 -SCRSCR法烟气脱硝反应法烟气脱硝反应反应方程式：反应方程式： 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O •- 12 -副反应副反应•- 13 -+ SCR催化剂是由活性金属和具有多孔结构的陶瓷体组成。

催化剂的孔内具有活性位这些活性位在化合物结构中是酸性基团，还原反应在此发生 •- 14 -+SCR气固催化反应历程示意图 •- 15 -+ SCR气固催化反应历程示意图，整个过程由七个步骤组成，其中①为反应气体（NH3和NO）从主气流扩散到催化剂外表面，②为反应气体从催化剂外表面扩散到催化剂内表面，③为反应气体在催化剂表面的活性中心吸附，④为在催化剂表面吸附的反应气体发生反应生成N2和H2O，⑤为反应产物从催化剂内表面解吸，⑥为反应产物从催化剂内表面扩散到外表面，⑦为反应产物从外表面扩散到主气流其中①和⑦属于外扩散过程（又称相间扩散），都是气体在主气流与催化剂外表面的扩散，只是方向相反，在外扩散中，气体需通过催化剂表面的边界层，而边界层厚度受空速比等影响，所以外扩散过程受到空速比等因素影响；②和⑥为内扩散过程（又称相内扩散），反应气体或产物通过催化剂通道从催化剂表面扩散到催化剂的内表面（或相反），内扩散速度会受到催化剂的孔结构的影响；在反应过程中，③④⑤的吸附、反应和解吸难以严格区分，通常统称为化学反应过程 •- 16 -SCRSCR反应历程反应历程上图表示了上图表示了NHNH3 3和和NONOx x在催化剂上主要反应过程为：在催化剂上主要反应过程为： (1) (1) NHNH3 3通过气相扩散到催化剂表面；通过气相扩散到催化剂表面； (2) (2) NHNH3 3由外表面向催化剂孔内扩散；由外表面向催化剂孔内扩散； (3) (3) NHNH3 3吸附在活性中心上；吸附在活性中心上； (4) (4) NHNH3 3与与NONOX X反应生成反应生成N N2 2和和H H2 2O O；； (5) (5) 反应生成物在催化剂表面脱附；反应生成物在催化剂表面脱附； (6) (6) N N2 2和和H H2 2O O通过微孔扩散到催化剂表面；通过微孔扩散到催化剂表面； (7) (7) N N2 2和和H H2 2O O扩散到气相主体。

扩散到气相主体 在上述七个步骤中，第（在上述七个步骤中，第（1）和第（）和第（7）两步称为外扩散过程；）两步称为外扩散过程；第（第（2）和第（）和第（6）两个步骤称为内扩散过程；第（）两个步骤称为内扩散过程；第（3）、（）、（4）和第）和第（（5）是在催化剂表面上进行的化学反应过是在催化剂表面上进行的化学反应过•- 17 -SCRSCRSCRSCR反应机理反应机理反应机理反应机理•- 18 -+ NH3法SCR DeNOx 反应属于气固两相催化反应，反应满足Eley-Rideal机理，即反应发生在催化剂表面强烈吸附的NH3和气相或微弱吸附的NO之间，O2对反应有促进作用NH3会在催化剂表面的V=O和V5+-OH活性位上发生强烈快速的化学吸附，所以NH3/NO比在1附近或大于1时，反应速率与NH3浓度无关，即与NH3成零级反应；然后表面活性位上吸附的氨气与NO结合生成活性复合物，该过程速度缓慢，反应速度与气相中NO分压成正比；之后表面活性复合物会快速分解释放出N2和H2O；最后在O的作用下实现催化剂表面V=O活性位的再生，完成催化循环反应完全与O2浓度无关，即与O2浓度成零级反应。

•- 19 -+ SCR反应遵循Eley-Rideal机理（V2O5-WO3/TiO2），NO脱除反应与NO成一级反应， NH3成零级反应，O2成零级反应，反应速率满足以下公式反应速率与催化剂表面的V=O活性位数量密切相关，当反应气体超过活性位的处理能力时，反应速率可能会受到活性位数量的限制•- 20 -SCRSCR法烟气脱硝法烟气脱硝催化剂催化剂•- 21 -+催化剂是SCR法烟气脱硝的关键，理想的催化剂需要满足以下条件：+（1）活性高：燃煤电厂烟气具有量大、浓度低的特点，NOx一般在400-1500 mg/Nm3，为满足排放标准的要求，需要达到60~90%的脱硝效率，即要求催化剂有很高的SCR反应活性；+（2）选择性强：还原剂NH3主要是被NOx氧化成N2和H2O，而不是被O2氧化，催化剂的高选择性有助于提高还原剂的利用率，降低运行成本；•- 22 -+（3）SO2氧化率低，最大SO2氧化率为1%：SO2氧化活性如果过高，会生成较多的SO3，将与逃逸的NH3和烟气中水蒸气反应生成硫酸氢铵，在催化剂或下游的空预器及其他管道设备上沉积，引起堵塞、腐蚀等问题，影响系统的长期稳定运行；+（4）最大氨逃逸量<3ppm。

5）机械性能好：燃煤电厂大多采用高灰布置方式，SCR催化剂需长期受气流和粉尘的冲刷磨损，安装过程对催化剂的机械强度也有一定的要求；•- 23 -+（6）抗毒性强：烟气和飞灰中含有较多的毒物，催化剂需要耐毒物的长期侵蚀，长久保持理想的活性；+（7）良好的化学、机械和热稳定性；+（8）较大的比表面积和良好的孔结构；+（9）压降低；+（10）价格低；+（11）寿命长；•- 24 -+ 此外，要求SCR催化剂结构简单，占地省，易于拆卸或装填等目前本公司生产的蜂窝式V2O5-WO3/TiO2基SCR催化剂已可以满足以上要求•- 25 -常用催化剂主要配方常用催化剂主要配方+以以 V2O5-WO3（（MoO3））/TiO2 为例：为例：+TiO2：：90%左右（左右（w/w））+V2O5：：0.3-1.5%（（w/w））+WO3、、MoO3（分别约为（分别约为10%和和6%，，w/w））+其他成型添加剂和结构助剂其他成型添加剂和结构助剂+注：注： WO3、、MoO3一般只选用其中一种一般只选用其中一种•- 26 -+（1） 活性物质 V2O5 脱硝活性强，选择性好，抗毒性和抗硫性强，是一种良好的SCR催化剂活性物质，尤其是将V2O5负载于TiO2上，催化剂的活性、选择性、抗硫性进一步增强，是目前商业SCR催化剂广泛采用的结构。

但V2O5对SO2的氧化也有活性，会将烟气中SO2催化氧化为SO3，生成的SO3与泄漏的NH3、水蒸汽等反应生成硫酸铵盐，在催化剂表面及SCR反应器下游的设备和管道上沉积，引起堵塞、腐蚀和压降上升等问题，故商业催化剂中V2O5含量一般较低•- 27 -不同V2O5含量的SCR催化剂的NO脱除率•- 28 - 在V2O5/TiO2催化剂中V2O5会以单体钒氧物、聚合钒氧物和V2O5晶体的形式存在低V2O5含量时以单体钒氧物为主，随着负载量的上升会生成聚合钒氧物；当V2O5负载量超过单分子层覆盖时，部分聚合钒氧物会转化成V2O5晶体单体钒氧物和低聚体钒氧物对SCR反应活性最好a) (b) （c）锐钛型TiO2表面钒氧物的结构图（a）单体V=O；（b）二聚体；（c）三聚体•- 29 -+（2） 载体物质 V2O5是一种良好的SCR脱硝的活性物质，但是在实际应用中往往将其负载于其他金属氧化物表面，采用负载型催化剂不但可以降低催化剂成本，提高V2O5的分散度，增加V2O5与反应气体的接触机会，提高催化活性，而且V2O5自身对SO2的氧化活性很强，降低V2O5浓度有助于抑制SO2的氧化，此外使用金属氧化物作为助催化剂还可提高选择性，抑制催化剂烧结等。

本公司选用从国外进口的纳米级优质TiO2作为SCR催化剂的载体•- 30 -+载体材料的以下特性是很重要的：+（1）孔隙率；+（2）比表面积（m2/g）（催化剂表面积（m2/m3））；+（3）孔径分布；+（4）稳定性•- 31 -8种催化剂载体及其制备催化剂的BET 比表面积 (m2/g)BET表面积工业级锐钛型硫酸法纳米锐钛型硫酸法纳米金红石硫酸法纳米混合型*氯化法纳米锐钛型氯化法纳米金红石型钛酸丁酯纳米锐钛型一般的商业催化剂TiO2粉体(m2/g)7.8213635.216222334.5152-催化剂(m2/g)7.5870.125.661.356.123.160.252.3*90%锐钛型/10%金红石型•- 32 -+（3） 助催化剂 作为商业SCR催化剂，除需要具有良好的活性和选择性外，还需具有较好的机械强度、热稳定性和抗毒性，需要添加粘结剂，玻璃纤维等结构助剂来提高催化剂的机械性能，另外为改善催化剂性能还需添加一定的化学助剂 常用的有WO3、MoO3等•- 33 -+ WO3可提高TiO2载体的热稳定性，抑制锐钛型TiO2的烧结和金红石化，并可以抑制SO2的氧化，延长使用寿命； MoO3可增强催化剂的抗As2O3中毒性能；+ WO3、MoO3等因与TiO2有电子协同作用故可提高V2O5/TiO2的DeNOx活性，另外有一些金属氧化物对催化剂活性影响不大甚至有所抑制，但可改善催化剂的其他性能。

助催化剂虽然对催化剂的活性影响不大，但是对催化剂的热稳定性、抗毒性和机械性能有较强影响，对于催化剂的实际应用有重要意义•- 34 -WO3含量对NO脱除率的影响•- 35 -SCRSCR催化剂类型催化剂类型+目前市场上的SCR催化剂有三种：即蜂窝式，板式与波纹板式.•- 36 -蜂蜂窝窝状催化状催化剂剂板式催化板式催化剂剂波波纹纹板式催化板式催化剂剂截面形状截面形状系系统统陶制均匀，陶制均匀，整体充整体充满满活性成分活性成分以金属以金属为载为载体，体，表面涂表面涂层为层为活性成分活性成分波波纹纹状状纤维纤维做做载载体，体，表面涂表面涂层为层为活性成分活性成分特点特点表面表面积积大、活性高、催化大、活性高、催化体体积积小；小；催化活性物催化活性物质质比其他比其他类类型型多多50~70%；； 催化再生仍保持催化再生仍保持选择选择性表面表面积积小，催化小，催化剂剂体体积积大；大； 生生产简产简便，自便，自动动化程度高；化程度高；烟气通烟气通过过性好，但上下模性好，但上下模块块间间易堵塞；易堵塞；实际实际活性物活性物质质比蜂比蜂窝窝式少式少50%；；上下模上下模块块之之间间易堵塞。

易堵塞表面表面积积介于蜂介于蜂窝窝式与板式式与板式之之间间，重量，重量轻轻；；生生产产自自动动化程度高；化程度高；活性物活性物质质比蜂比蜂窝窝式少式少70%烟气流烟气流动动性很敏感；性很敏感；上下子模上下子模块块之之间间易堵塞适用范适用范围围高高尘尘及低及低尘尘均适用均适用高高尘尘及低及低尘尘均适用均适用主要用于低主要用于低尘尘市市场场情况情况蜂蜂窝窝式催化式催化剂剂表面表面积积大、活性高、体大、活性高、体积积小等突出小等突出优优点，目前占据了点，目前占据了80%的市的市场场份份额额不同类型催化剂对比不同类型催化剂对比•- 37 -催化剂性能评价催化剂性能评价•- 38 -小型评价装置小型评价装置小型评价装置小型评价装置•- 39 -催化剂DeNOx性能SO2氧化和氨逃逸•- 40 -+反应温度范围+ 在SCR系统中，最佳反应温度取决于工艺中使用的催化剂和烟气组成对于大多数商业SCR催化剂，最佳温度范围在250～425℃NOx的脱除率会随着温度上升到370～400℃达到最大值当温度高于400℃时，反应速率和NOx脱除效率开始下降，并且会有一系列副反应发生•- 41 -•- 42 -+ 随着烟气温度接近最佳值时，反应速率上升，较少催化剂体积就可以达到相同的NOx脱除率。

当烟气温度从320℃上升到最佳反应温度370～400℃时会使需要的催化剂体积下降约40％催化剂体积的下降同时也导致催化剂系统投资成本的大幅下降 烟气温度、催化剂体积和NOx的脱除率之间的关系是一个复杂的关系，与催化剂的配方和形式等有关每一种催化剂的物理和化学特性需要在不同的操作条件下进行优化对于特定的催化剂配方，需要的催化剂体积和温度范围会有所差异因此催化剂的选择对于SCR系统的操作和运行是关键的 •- 43 -+ O2浓度对脱硝性能的影响 •- 44 -NHNH3 3/NO/NO的影响的影响 •- 45 -+ 如果工业应用需要将氨逃逸量控制在5ppm以下时，可控制[NH3]/[NO]<1.05，如果需要控制在3 ppm，则要控制[NH3]/[NO]<1从不同[NH3]/[NO]的氨逃逸量的试验结果都可以说明当烟气中NO浓度很低时，SCR催化剂对NH3的SCO反应具有一定的活性，否则氨的逃逸量会远远大于测试值 •- 46 -空速比（空速比（SVSV）的影响）的影响 •- 47 -+ 不同反应温度，NO脱除率随着SV的增加而降低，因为随着SV的增加，反应剂在催化剂中停留时间缩短，与催化剂活性位接触的概率下降，从而造成NO脱除率的下降。

若以商业催化剂的80%NO脱除率的要求来衡量，从图中观察需要SV小于3500h1低温段(320℃)，SV对NO脱除率的影响比较大，而高温段SV对NO脱除率的影响相对较小当SV很小时，NO脱除率会随着SV的减小而减小，这一方面是因为反应剂与催化剂的接触时间延长，会引起NH3的氧化等副反应，另一方面是因为当SV太小催化剂表面的层流边界层很厚，不利于反应剂穿透边界层到达催化剂表面发生反应，从而出现NO脱除率随着SV下降而下降的现象•- 48 - 水蒸气含量对水蒸气含量对水蒸气含量对水蒸气含量对NONONONO脱除率的影响脱除率的影响脱除率的影响脱除率的影响 •- 49 -+ 对于不同水蒸气含量的情况下，除了2%水蒸气含量的时候情况较为特殊外，在水蒸气含量超过5%时对NO脱除率影响不大，所以可认为在工业应用条件下，水蒸气对SCR反应的影响为零级反应•- 50 -+混合度+还原剂必须要在烟气中充分扩散和混合以确保反应剂之间能有充分的接触混合是通过喷射系统将加压的气相NH3喷射到烟气中喷射系统控制喷射烟气的喷射角、喷射速率和喷射方向一些系统将氨气与载体如蒸汽或空气一起喷入以提高在烟气中的穿射。

喷射系统要在应用中具体设计烟气和反应剂流动的数学模型可以优化蒸汽喷射系统•- 51 -+ 烟气和氨气的混合是在SCR反应器之前如果混合不够充分，NOx还原就不是很充分SCR设计必须要有足够的从氨气喷射点到反应器进口之间足够的长度以确保充分的混合混合可以通过以下方面有所提高：+（1）在反应器前安装静态混合器；+（2）提高喷射流体的能量；+（3）增加喷射器的数量和增加喷射区数量；（4）改变喷嘴设计提高反应剂的分布、喷射角度和方向•- 52 -+催化剂的失活（活性下降）+（1）中毒： 在燃烧烟气中的特定组分对催化剂有中毒作用催化剂毒物包括Ca、Mg、K、Na、As、Hg和Pb等物质及其氧化物以及HCl，HF等这些组分会渗透到小孔的活性位上并与其发生不可逆的结合从而使催化剂活性下降催化剂的中毒是催化剂失活的主要原因•- 53 -+（2）热烧结：+ SCR反应器内的高温会引起烧结烧结是指由于高温使得催化剂的孔结构发生改变从而使得催化剂活性发生永久降低的现象热烧结的量取决于催化剂的组成与结构良好的催化剂载体材料可以更耐催化剂的热烧结，从而延长催化剂的使用寿命•- 54 -+（3）表面掩蔽、堵塞和粘污： 烟气中的硫酸铵盐、飞灰和其他的颗粒物会引起催化剂的表面掩蔽、堵塞或磨损。

颗粒物在催化剂表面和孔内的活性位上沉积，会导致NOx还原反应的活性位的数量有所下降，使催化剂的压降上升•- 55 -+（4）磨损： 颗粒物的冲击和较大的内部气流速度会使催化剂材料磨损具有坚硬引导角的催化剂或者增加催化剂强度可以使得催化剂更耐磨损5）老化：+ 催化剂随着时间物理和化学特性会有所变化，活性下降•- 56 -K K K K2 2 2 2O O O O含量对含量对含量对含量对NONONONO脱除率的影响脱除率的影响脱除率的影响脱除率的影响 •- 57 -CAOCAOCAOCAO对催化活性的影响对催化活性的影响对催化活性的影响对催化活性的影响 •- 58 -ZNOZNOZNOZNO对催化活性的影响对催化活性的影响对催化活性的影响对催化活性的影响 •- 59 -PBOPBOPBOPBO对催化活性的影响对催化活性的影响对催化活性的影响对催化活性的影响 •- 60 -中试试验装置•- 61 -催化剂选择计算催化剂选择计算•- 62 -设计参数设计参数+烟气流量+烟气温度范围，锅炉负荷变化情况+烟气中NOx浓度+烟气组成（结合燃料性质，燃烧情况）+燃料类型和分析（工业分析，元素分析）+反应器尺寸，及其布置位置+锅炉类型(粉煤, 旋风式，排渣方式等)•- 63 -性能要求性能要求+NOx脱除效率+氨泄漏量+反应系统压降+SO2 氧化率+使用寿命+反应器的尺寸的限制+安装和更换的要求•- 64 -设计结果设计结果+催化剂总体积+结构参数：壁厚，节距，长度，硬化段+模块尺寸+活性组分及其含量+添加剂+操作要求•- 65 -+一般情况下：+ 1MW发电量需要0.6-0.8m3的催化剂，即600MW电厂需用催化剂360-480m3。

预先放置两层，备用一层，三年后开始更换•- 66 -瑞基公司催化剂瑞基公司催化剂•- 67 -+公司介绍：公司介绍：+瑞基科技发展有限公司位于浙江宁波象山经济开发区，项目投资约3亿元，引进日本，德国生产设备，拥有国外引进技术催化剂生产工艺，年生产催化剂可达25000m3公司以从国外引进的先进催化剂生产技术为核心，根据客户的需求，结合电厂的实际情况生产性质最优的催化剂并提供最有效的SCR系统解决方案•- 68 -•- 69 -生产厂房布置生产厂房布置•- 70 -TiOTiO2 2 + +添加剂添加剂+ +活性组分活性组分混合混合+ +捏合捏合老化老化真空挤压真空挤压 干燥干燥煅烧煅烧切割，定长切割，定长组成模块组成模块蜂窝状催化剂生产过程蜂窝状催化剂生产过程蜂窝状催化剂生产过程蜂窝状催化剂生产过程•- 71 -•- 72 -主要产品参数主要产品参数催化剂形式蜂窝式蜂窝式节距（mm）(pitch)10.58.77基材TiO2TiO2活性物质V2O5 ，WO3V2O5，WO3催化剂壁厚（mm）0.920.89单块催化剂孔数1518催化剂长度（mm）500-1400500-1400比表面积（m2/m3）380423空隙率（%）81%78%•- 73 -+产品特点：产品特点： +操作和维护成本低+高比表面积+选择性高+耐磨损，寿命长+催化剂模块化安装+SCR系统运行优化•- 74 -+性能保证：性能保证：+高达95%的NOX脱除效率+NH3逃逸量<3ppm+SO2氧化率<1%+催化剂寿命长（24000小时以上）+没有废物或副产品•- 75 -我们的优势我们的优势+引进国外先进的生产工艺，优良品质+先进的生产设备，从日本，德国进口。

进口的纳米级TiO2作为载体，催化剂性能优越多年从事本领域的专家，研发队伍+模块化装配+提供SCR系统设计的参考方案：反应器设计，喷氨系统喷氨隔栅设计，烟气流场模拟 •- 76 -+全面的解决方案：全面的解决方案：+ 催化剂设计必须考虑到烟气特性和操作参数的特性瑞基拥有多年的与电厂合作的经验，在SCR DeNOx催化剂技术领域已具备广泛的知识近年来不间断的研究形成了我公司的蜂窝状催化剂系列，用于电厂SCR脱硝装置时具有脱硝效率高、压降低和低SO2氧化的特点 催化剂的最佳运行取决于关键设备（如反应器和喷氨系统）的合理设计、均匀的流场以及氨气与烟气的均匀混合SCR DeNOx装置的流体模型通过计算流体动力学（CFD），物理流体模型的同时使用可为客户提供良好的技术参考 瑞基在这些领域有着全面的经验，并且将工业经验和先进的技术有机结合为客户提供良好的服务•- 77 -+相关服务：相关服务：+结合SCR DeNOx催化剂，提供氨注入和混合系统以及所需的关键设备的工程设计方面的技术和经济上的最佳参考方案反应器监测+催化剂测试+监测电厂SCR系统性能+催化剂更换策略+催化剂和反应器设计过程+催化剂模块安装+催化剂重新填装+催化剂再生和处理+售后服务，系统维护+技术咨询•- 78 -热忱欢迎您携手共创美好明天！热忱欢迎您携手共创美好明天！•- 79 -。