技術論壇

平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中的應用優勢

2019/05/04

平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中的應用優勢

時間:2019-04-28 11:19

來源:《能源科技》

作者:馬羅寧

平板式脫硝催化劑主要成分為TiO2、V2O5和MoO3。運用ICP等表針手段對在高砷煙氣中的催化劑分析發現,經過高砷煙氣,催化劑內部積累了一定的As2O3,催化劑的失活速率正常,并未引起由于高砷煙氣而造成的失活速率加速。

引言

選擇性催化還原(SCR,Selective Catalytic Reduction)技術的原理是通過還原劑(例如NH3),在適當的溫度,并有催化劑存在的條件下把NOx轉化為空氣中天然含有的氮氣(N2)和水(H2O)

由于技術的成熟和較高的脫硝率,SCR技術已經成為國際上電廠煙氣脫硝的主流技術。2015年12月,國務院下達了一項治理霧霾的“硬任務”:在2020年前,對燃煤機組全面實施超低排放和節能改造,對落后產能和不符合相關強制性標準要求的,要堅決淘汰關停。超低排放是通過多污染物高效協同控制技術,使燃煤機組的大氣主要污染物排放標準低于我國現行的《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)標準,而接近或達到天然氣燃氣機組的排放標準。

2016年12月25日第十二屆全國人民代表大會常務委員會第二十五次會議通過了《中華人民共和國環境保護稅法》,自2018年1月1日起施行,在中華人民共和國領域和中華人民共和國管轄的其他海域,直接向環境排放應稅污染物的企事業單位和其他生產經營者為環境保護稅的納稅人,應當依照本法規定繳納環境保護稅。其中,NOx和SO2排放收取費用為1.263-12.63元/kg,煙塵排放收取費用為0.55-5.5元/kg,汞排放收取費用為12000-120000元/kg,具體數值按照各級省政府規定的排放限額標準執行。

我國火電廠以燃煤為主,并且我國燃煤具有灰分含量高、成分復雜多變等特點,煤中砷含量分為五個等級:含量在0-1.5μg/g之間的煤稱為低砷煤,含量在1.5-8μg/g之間的煤為中砷煤,含量在8-25μg/g之間的煤為中高砷煤,含量在25-100μg/g之間的煤為高砷煤,含量大于100μg/g的煤為特高砷煤。中國高砷煤區域有:黑龍江雙鴨山、吉林琿春、遼寧鐵法、蒙東、貴州西南、河南義馬、山東新汶、山西大同等區域,全國平均含量6μg/g,最大可達476μg/g(焦煤),大部分都在四級以下(<25μg/g)。

根據煙氣特點,如何選擇合適的脫硝催化劑型式和配方,對于超低排放改造、機組安全運行和環保達標排放尤為重要,蜂窩式催化劑和平板式催化劑市場占有率99%以上,其中平板式催化劑具有以下特點:長條開孔,壓損小,抗堵灰能力強;不銹鋼柵網骨架結構,抗磨損能力強;含鉬配方,抗中毒能力強;歷史悠久,高灰運行經驗豐富等。本文對平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中運行進行了分析和研究,經分析發現,平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中運行正常,失活速率并未明顯增加,經過高砷煙氣中長期運行和研究分析,平板式脫硝催化劑適用于高砷煙氣的工況條件運行。

1砷中毒機理

SCR催化劑布置在省煤器和空氣預熱器之間,在該區間,As2O3(三氧化二砷)以蒸汽形式存在。當煙氣通過催化劑表面時,As2O3蒸汽會吸附到催化劑表面并滲透進入催化劑內部,與催化劑中的活性物質V2O5進行反應,生成一種對脫硝反應無活性的聚合物。(如下圖1所示)

1.jpg

2實驗部分

2.1催化劑制備和表征

選取2個燃煤電廠,A廠燃煤分別為高砷煤,B廠為低砷煤,A廠煙氣中As含量為90μg/g,B廠煙氣中As含量為3μg/g。

分別在A廠和B廠SCR反應器中具有代表性的位置抽取使用過3年的平板式催化劑單板5片(初始活性一致),將單板上的膏料輕輕刮下,充分研磨,取適量粉末進行微量元素分析。

2.2催化劑表征

ICP-OES(inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy),電感耦合等離子體發射光譜,可以對催化劑中微量元素含量進行測量,入射功率為1300W,氣體流量為0.55L/min,測試依據為GB/T 23942-2009 化學試劑電感耦合等離子體原子發射光譜法通則,測試環境為21℃,相對濕度為60%,樣品數量為20g。

催化劑活性測試在自主設計的微型反應器中進行測試,載氣為氮氣,流量為1Nm3/h,溫度為365℃,NOx濃度為400ppm,O2濃度為5%,氨氣濃度為480ppm,在催化劑活性測試中,“k”值經常被用來表達催化劑的活性。為了確定“k”值。催化劑樣品在實驗室反應器中測試NOx的轉化率定義如下。

為確定在測試反應器中的脫硝活性,請見以下計算:

NOx轉化率ηNOx=(c0(NOx)-c(NOx))/(c0(NOx) )×100%

式中:

ηNOx為所裝催化劑層的NOx轉化率,單位%

c0(NOx)為催化劑入口NOx濃度,單位ppm

c(NOx)為催化劑出口NOx濃度,單位ppm

ppm為百萬分之一,體積分數。

k(NOx)=-AV×ln(1-ηNOx/(100%))

式中:

k(NOx)為所裝催化劑層的活性常數,單位m/h

AV為所裝催化劑層的面積速度,單位m/h

3結果討論

2.jpg

由表1可以看出,催化劑在A廠和B廠使用過3年后,催化劑內已經累積了一定的As元素,同時As元素的積累量會隨著煙氣中As的濃度增加而增加,燃燒高砷煤的煙氣,聚集在催化劑內的As元素明顯遠遠多于燃燒低砷煤的煙氣。由表2可以看出,催化劑活性失活速率幾乎一致,可以看出高砷煤和低砷煤并未對催化劑的活性產生影響,是由于催化劑中的MoO3優先與As2O3接觸,避免了V2O5與As2O3聚合,從而影響脫硝活性。

4結論

平板式脫硝催化劑在高砷煙氣中運行正常,失活速率正常,經過高砷煙氣中長期運行和研究分析,平板式脫硝催化劑適用于高砷煙氣的工況條件運行。

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