影響SCR脫硝效率因素的分析與探討

王遠(yuǎn) 金光旭 孫繼達(dá)(遼陽(yáng)石化分公司油化廠,遼寧 遼陽(yáng) 111003)

影響SCR脫硝效率因素的分析與探討

王遠(yuǎn) 金光旭 孫繼達(dá)(遼陽(yáng)石化分公司油化廠,遼寧 遼陽(yáng) 111003)

在高溫高塵條件下選擇性SCR脫硝技術(shù)，其脫硝效率的高低直接決定NOX的排放能否達(dá)到環(huán)保要求。影響SCR脫硝效率的因素有很多，本文主要從SCR脫硝技術(shù)工藝原理來(lái)探討分析影響SCR脫硝效率的因素。為優(yōu)化脫硝系統(tǒng)運(yùn)行、提高NOX的脫除率提供必要的理論依據(jù)。

SCR脫硝技術(shù)；脫硝效

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益突顯，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。隨著新建燃煤電廠和新建催化裂化裝置的增加，它們所排放的NOx、SO2總量正逐年增加，對(duì)環(huán)境的影響范圍逐步擴(kuò)大。《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求2017年7月1日起，催化裂化裝置煙氣排放中NOx≤200mg/m3，限制地區(qū)NOx≤100mg/m3。排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，企業(yè)面臨巨大的脫硝壓力。

1 選擇性還原法（SCR）脫硝工藝原理

選擇性還原法是指將NH3等還原劑噴入煙氣中，利用催化劑將煙氣中的NOX轉(zhuǎn)化為N2。在氨選擇催化反應(yīng)過(guò)程中，還原劑可以選擇性地與NOX發(fā)生反應(yīng)而不是被O2氧化，因此反應(yīng)被稱為“選擇性”。

2 SCR脫硝效率的影響機(jī)理分析

脫硝效率即為反應(yīng)器對(duì)NOx的脫除效率，定義為反應(yīng)器進(jìn)、出口的NOx的濃度差值與反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度的比值。通過(guò)SCR脫硝過(guò)程的動(dòng)力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在SCR脫硝工藝中，影響脫除效率的因素有很多：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、NH3/NOx摩爾比、催化劑性能、煙氣流量、NOx的進(jìn)口濃度、煙氣與催化劑的接觸時(shí)間以及催化劑的結(jié)構(gòu)形式等。

2.1 反應(yīng)溫度對(duì)脫硝效率的影響

在脫硝反應(yīng)中反應(yīng)溫度存在著兩種不同的影響趨勢(shì)，存在一個(gè)最佳反應(yīng)溫度值使得脫硝效率在相應(yīng)運(yùn)行工況下有最大值，當(dāng)煙氣溫度高于此最佳反應(yīng)溫度過(guò)多時(shí)，將造成催化劑的表面通道與微孔發(fā)生物理變形，使得與催化劑接觸的有效反應(yīng)的面積減少，降低脫硝效率；當(dāng)煙氣溫度過(guò)低時(shí)，NH3和NO2反應(yīng)生成NH4NO3，作為副反應(yīng)產(chǎn)物的NH4NO3會(huì)堵塞催化劑的微孔及通道，阻礙脫硝反應(yīng)的正常進(jìn)行，降低脫硝效率。因此，我廠催化裂化裝置SCR脫硝工藝中采用300～420℃作為反應(yīng)溫度（設(shè)計(jì)SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣溫度為350℃），以保證較高的脫硝效率和催化劑的壽命。

2.2 NH3/NOx摩爾比和混合效果對(duì)脫硝效率的影響

NH3/NOx摩爾比對(duì)脫硝效率的影響趨勢(shì)也有兩種：當(dāng)NH3/ NOx摩爾比較小時(shí)，尤其是小于1時(shí)，隨著NH3量的增加，脫硝效率明顯提高，這是因?yàn)榇藭r(shí)NH3與NOx的反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，其反應(yīng)方程式為：

氨氣量的增加使得反應(yīng)平衡向反應(yīng)正方向移動(dòng)，由于增加了單位容積催化劑上NH3的吸附量，從而提高了過(guò)渡態(tài)化合物的濃度，加快了脫硝的反應(yīng)速度；而當(dāng)NH3/NOx摩爾比增大到一定程度時(shí)，脫硝效率反而隨著NH3/NOx摩爾比的增加而降低，這是因?yàn)镹H3的投入量超過(guò)了NH3在催化劑表面吸附的動(dòng)態(tài)平衡容量，部分NH3的氧化副反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，例如在350℃以上NH3氧化為NO的副反應(yīng)：

從而降低了脫硝效率，同時(shí)未轉(zhuǎn)化的NH3的逃逸量也增大了，不僅會(huì)造成二次污染，還會(huì)與煙氣中的SO3反應(yīng)生成（NH4）2SO4和（NH4）HSO4，在下游設(shè)備凝結(jié)導(dǎo)致設(shè)備的堵塞積灰。因此，注氨量應(yīng)嚴(yán)格控制，根據(jù)進(jìn)口NOx的濃度值進(jìn)行合理調(diào)整，通常NH3/NOx摩爾比選擇為1.2以下。

2.3 脫硝催化劑性能對(duì)脫硝效率的影響

（1）催化劑中V2O5含量對(duì)脫硝效率的影響

脫硝催化劑以TiO2為載體，以V2O5為主要活性成份，以WO3、MoO3為抗氧化、抗毒化輔助成份。催化劑中V2O5含量對(duì)脫硝效率的影響也存在著最佳含量值，當(dāng)V2O5含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，V2O5是以等軸聚合的釩基存在的，并且均勻的分布在TiO2載體上的，所以催化效果較強(qiáng)；而當(dāng)V2O5含量超過(guò)這一范圍時(shí)，V2O5將在TiO2載體上形成新的V2O5微晶區(qū)，造成V2O5在催化劑中分布的不均勻，因而影響了催化效果，降低了脫硝的效率。V2O5同時(shí)也是將SO2轉(zhuǎn)化成SO3的催化劑且活性很高，如果V2O5的含量>1.5%wt，SO2/SO3的轉(zhuǎn)化率將大幅增加，（NH4）2SO4和（NH4）HSO4的生成量也會(huì)增加，銨鹽會(huì)附著在催化劑表面減少反應(yīng)與催化劑的有效接觸面積，脫硝效率下降。

（2）不同結(jié)構(gòu)形式的催化劑對(duì)脫硝效率的影響

SCR脫硝催化劑的結(jié)構(gòu)形式主要有板式、蜂窩式和波紋板式。三種催化劑在燃煤SCR上都擁有業(yè)績(jī)，其中板式和蜂窩式較多，波紋板式較少。催化劑的設(shè)計(jì)就是要選取一定反應(yīng)面積的催化劑，以滿足在省煤器出口煙氣流量、溫度、壓力、成份條件下達(dá)到脫硝效率、氨逃逸率等SCR基本性能的設(shè)計(jì)要求。

在防堵灰方面，對(duì)于一定的反應(yīng)器截面，在相同的催化劑節(jié)距下，板式催化劑的流通面積最大，一般在85%以上，蜂窩式催化劑次之，流通面積一般在80%左右，波紋板式催化劑的流通面積與蜂窩式催化劑相近。三種催化劑以結(jié)構(gòu)來(lái)看，板式的壁面夾角數(shù)量最少，且流通面積最大，最不容易堵灰。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）脫硝反應(yīng)溫度過(guò)高或者過(guò)低對(duì)脫硝效率都有很大的影響，選擇合適的反應(yīng)溫度來(lái)滿足較高的脫硝效率。

（2）控制NH3/NOx摩爾比在1～1.2之間，這樣既可以達(dá)到較高的脫硝效率又減少了氨逃逸。

（3）脫硝催化劑中活性組分V2O5含量和催化劑的結(jié)構(gòu)形式都對(duì)脫硝效率有影響，選擇板式催化劑并且保證催化劑中V2O5含量在1～1.5%wt可以達(dá)到較高的脫硝效率。

[1]張坤.SCR煙氣脫硝效率影響因素及運(yùn)行優(yōu)化的探討[J].科學(xué)與財(cái)富，2014（11）.

[2]劉武標(biāo).SCR煙氣脫硝效率及催化劑活性的影響因素分析[J].能源工程，2012（3）.