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新型SCR脱硝催化剂在低温烟气脱硝领域的应用

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021/6/4     浏览次数:    

1、背景

SCR脱硝作为大气环保治理的重要一环,其工艺已成熟,但SCR脱硝的核心——催化剂,还存在诸多不足。如传统催化剂基本是钒钛体系,其起活温度在180℃以上,但现实中存在着大量排放温度低于180℃的烟气,或经脱硫、除尘治理后温度低于180℃的各类烟气进行脱硝处理时,在不改变原有工艺设备的基础上,传统钒钛体系催化剂无法满足此类装置的脱硝需求,因此亟需一款超低温、高活性的新型SCR脱硝催化剂来解决这一问题。

针对超低温脱硝领域催化剂的空缺,安徽晨晰洁净科技有限公司联合中国科学院过程工程研究所,历经多年实验室研发、工业化测试及应用,成功研发出一款非钒钛体系,适用于超低温、低硫环境的新型SCR脱硝催化剂(催化剂型号:CDM-2CXTX,专利号:ZL201610257241.3),填补了国内超低温脱硝技术的空白。

 

2CDM-2CXTX催化剂的研发历程

2017~2018年:对CDM-2CXTX催化剂进行立项,并开展催化剂的配方小试和催化剂成型、制作方法等研究;

2018~2019年:完成CDM-2CXTX催化剂成型配方确定、放大试验,并完成中试平台搭建、产品评价等研究;

2019~2021年:完成三联供机组超低温SCR脱硝、催化剂制作焙烧工段脱硝、隧道窑烟气除尘及超低温脱硝等工业化应用案例。同期,完成催化剂工业化厂房建设并实现催化剂量产。

 

3CDM-2CXTX催化剂性能指标

项目

CDM-2CXTX催化剂

钒钛体系催化剂

起活温度

110

180

适宜运行温度

130~180

180℃以上

脱硝效率

(温度>130℃)

(温度>180℃)

催化剂形式

颗粒体

蜂窝体(或颗粒体)

适用SO2浓度

30mg/Nm3

30mg/Nm3

设计空速

2000~5000h-1

1500~3000(或2000~6000h-1

超低排放

可实现

高于180可实现,但低于180℃无法实现

失活及废

催化剂处理

非钒钛体系,无毒、非危废,我司直接回收后资源化循环利用

钒钛系废催化剂为危废,需要具备危废处理资质厂家回收处理

市场应用

排放温度低于180℃或经脱硫、除尘治理后温度低于180℃的各类烟气

应用广泛,但烟气温度低于180℃时,无法解决

 

4CDM-2CXTX催化剂性能检测及工业化测试

4.1 中石化催化剂工程研究院性能检测

4.1.1 检测条件

200mg催化剂,40~60目,500 ppm NO500 ppm NH35%O2N2平衡,反应气总流量500ml/min,空速约6000h-1

4.1.2 检测结果

NOx转化率来评价催化剂活性好坏,该样品表现出了较好的低温活性,125℃NOx的转化率接近95%175℃NOx的转化率接近100%。一直到250℃,样品都能维持较高的脱硝效率。随着温度继续升高,NOx的去除效率逐渐下降,350℃NOx的去除效率仅为65%


4.1.3 检测结论及推测

该种催化剂的低温活性较为优异,在中高温的催化剂活性较差,实际使用时应注意活性温度区间。

样品有可能是采用液相合成法(例如碱性条件下的沉淀法、碱性条件下水热反应法等)先制备出活性材料,之后再加少量粘结剂对其进行粘接,通过挤出成型得到短圆柱状催化剂。推测催化剂的焙烧温度较低,且焙烧温度较低的原因是为了维持超低温SCR催化剂的活性。

该测试过程是在无硫、干燥气体环境下进行的,实际工业化应用中应考虑SO2、水气对脱硝活性的负面影响。

4.2 三联供系统(CCHP)烟气测试

4.2.1 催化剂工业化测试工艺

工业化测试选用冷热电三联供系统(CCHP)烟气,进口烟气中SO2浓度<10mg/Nm3NOX浓度约900mg/Nm³、水蒸气含量约15.0%(vol)、进口烟气温度在130~180℃、空速为4400h-1

CDM-2CXTX型催化剂应用于CCHP系统脱硝装置工艺流程如图1所示。

1 工业颗粒状CDM-2CXTX催化剂冷热电三联供系统烟气脱硝


4.2.2 催化剂效率测试

CCHP系统烟气脱硝系统按照温度梯度依次降低的顺序进行测试。

2 脱硝温度-效率曲线

从图2中显示的CDM-2CXTX催化剂在CCHP系统烟气脱硝工业化测试结果来看,当烟气温度低于130℃时,脱硝效率低于80%;在反应温度130~145℃时,脱硝效率可以稳定在80%~90%;在反应温度145~160℃时,脱硝效率可以保持在90%~95%;在反应温度160~170℃时,脱硝效率可以保持在95%以上。同时可通过降低催化剂应用空速,增加催化剂用量来进一步提高脱硝效率,达到超低或近零排放要求。

4.3生物质锅炉烟气测试

测试烟气为生物质锅炉烟气,测试装置进口温度在130~150℃、进口氮氧化物浓度100~300mg/m³波动。具体测试结果如下:

进出口温度在140℃左右,进口烟气NOx含量为133.3mg/m³CO含量为10421.1mg/m³。喷氨后NOx含量降至21mg/m³以内,出口温度在90~150℃之间,脱硝效率在84.1%以上。脱硝效率图如下图:

 


5CDM-2CXTX型催化剂失活、再生及循环利用

CDM-2CXTX型催化剂适合低温、低硫的环境使用,这是因为低温环境下的硫容易与还原剂氨形成硫铵盐,堵塞催化剂微孔;此外硫也容易与催化剂活性物质发生反应,致使催化剂中毒失活。实际上,大部分工业尾气排放中都含有SO2,因此催化剂的失活后的再生及循环利用具有重要意义。对于失活后的CDM-2CXTX型催化剂,通过洗涤-煅烧技术对催化剂进行再生处理,对再生的CDM-2CXTX型催化剂进行SCR效率评价,相同工况条件下与新催化剂对比发现:130180℃温度区间的NOX转化率均达到95%以上,再生催化剂脱硝效率已基本恢复到新催化剂的水平。

CDM-2CXTX型催化剂具备再生及循环利用的条件,为超低温催化剂在有硫环境中的长期稳定运行提供了可能性,同时超低温催化剂为非钒钛体系,无毒无害,环境友好,失活或废催化剂可由我司直接回收处理或循环利用,可以实现资源的回收利用,避免了固废产生以及资源浪费,解决业主后顾之忧。

 

6、应用前景及优势

CDM-2CXTX型催化剂在低温下的高活性性能,使其适用于包括垃圾焚烧、燃气锅炉、生物质锅炉、活性焦尾气等各种温度低于180℃或经过脱硫除尘后温度低于180℃的工业尾气的脱硝治理中。新型催化剂在工业装置实际应用中有以下优势:

①、新型超低温SCR脱硝催化剂在130180℃的低温区间内脱硝效率依然保持较高的脱硝效率(不低于85%),不需要像中低温催化剂一样需要补燃提温,减少能耗和系统运行费用;同时节能降耗的优势满足我国现行“碳中和”与“碳达峰”的指导思想。

②、催化剂采用颗粒型,相较于蜂窝状,具有机械强度高、比较面积大、低温高活性等特性。

③、超低温催化剂活性组分为非钒系环境友好型物质,不属于危废,催化剂失活后我公司承诺免费回收。

④、不需要对现有装置特别是各类锅炉装置进行改造,易实施,装置对接时间短,不影响现有装置正常生产。

 

7、结论与展望

经过安徽晨晰洁净科技有限公司与中国科学院过程工程研究所多年研发,提供了一种具有自主知识产权的非钒钛体系、低温高活性CDM-2CXTX型催化剂,填补了国内相关领域的空白,解决了现有钒钛体系催化剂无法满足排放温度低于180℃或经脱硫、除尘治理后温度低于180℃的各类烟气脱硝的问题,CDM-2CXTX型催化剂的应用无需对原工艺、设备进行改造或进行烟气加热,节能效果显著,且投资省、工期短,易实施。

安徽晨晰洁净科技有限公司将继续深入开展自主创新与研发工作,提供性能更优的超低温催化剂。针对不同的烟气工况制定相适应的烟气治理方案,帮助业主解决超低温度、超高浓度的烟气达标排放问题、实现超低乃至近零排放。同时,竭诚欢迎广大环保同仁,以求共同发展,合作共赢。

 

 


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