选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术概述

选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术概述

王清栋

（能源与动力工程1302班1306030217）

摘要：对选择性催化还原脱硝技术进行概述，分析了其机理，并简要介绍催化剂的种类及钝化与中毒机理.最后，对SCR技术进行总结与展望.

关键词:选择性催化还原；烟气脱硝；氮氧化物

Overview of Selective catalytic reduction (SCR) flue gas denitration

Wang Qingdong

(Power and Energy Engineering, class 1302 1306030217)

Abstract: selective catalyst reduction flue gas denitration is reviewed. Its mechanism is analysed and catalyst is given a brief introduction. Catalyst passivation and poisoning mechanism is analysed. Finally, the summary and prospect of the technology are given.

Keywords: SCR; NO x; flue gas denitration.

1.前言

氮氧化物是造成酸雨的主要酸性物质之一，是形成区域微细颗粒物污染和灰霾的主要原因，也是形成光化学烟雾的主要污染物，会引起多种呼吸道疾病，是“十二五”期间重点控制的空气污染物之一.2011年初通过的“十二五”规划纲要，要求NO x减少10%，从而使NO x成为我国下一阶段污染减排的重点.烟气脱硝技术与NO的氧化、还原及吸附特性有关.根据反应介质状态的不同，分为干法脱硝和湿法脱硝.目前，已经在火力发电厂采用的烟气脱氮技术主要是选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR），其中采用最多的主流工艺是选择性催化还原法.

2.SCR反应原理

选择性催化还原脱氮是在一定温度和有催化剂存在的情况下，利用还原剂把烟气中的NO x还原为无毒无污染的N2和H2O.这一原理与1957年在美国发现，该工艺最早却在20世纪70年代的日本发展起来的.

SCR原理图如图一所示

氨气被稀释到空气或者蒸汽中，然后注入到烟气中脱硝，在催化剂表面，氨与NO x 生成氨气和水.SCR过程中的主要反应如下：

4NO+4NH3+O24N2+6H2O

基于V2O5的催化剂在有氧的条件下还对NO2的减少有催化作用，其反应式为

2NO2+4NH3+O23N2+6H2O

在缺氧的条件下，NO的反应式变成

6NO+4NH35N2+6H2O

在缺氧的条件下，NO2的反应式变成

6NO2+8NH37N2+12H2O

在没有催化剂的情况下，上述化学反应只能在很窄的温度范围内（850~1000℃）进行，通过选择合适的催化剂，可以使反应降低，并且使反应温度范围扩大（250~420℃），便于在锅炉尾部烟道的适当位置布置催化反应装置.

当反应条件改变时，还可能发生副反应

4NH3+O22N2+6H2O

2 NH

3 N2+3H2

4NH3+4O24NO+6H2O

发生NH3分解的反应和NH3氧化为NO 的反应都在350℃以上才能进行，450℃反应速度明显加快.温度在300℃时仅有NH3转化为N2的副反应可能发生.

实际使用中，催化剂通常制成板状、蜂窝状的催化原件，再将催化原件制成催化剂组件，组件排列在催化剂反应器的框架内构成催化剂层.烟气中的NO X、NH3和O2在流过催化剂层时，经历以下几个过程：① NO X、NH3和O2扩散到催化剂外表面并进一步相催化剂的微孔表面扩散；② NO X和O2与吸附在催化剂表面活性位的NH3反应生成N2和H2O；③N2和H2O从催化剂表面脱附到微孔中；④微孔中的N2和H2O扩散到催化剂外表面，并继续扩散到主流烟气中被带出催化层.其中，过程①-③为控制步骤，因此脱氮装置的性能不但受到化学反应速度的制约，还在很大程度上受反应物扩散速度的影响.

3.SCR催化剂简介

3.1 贵金属催化剂

贵金属催化剂低温催化活性优良，对NOx还原及对NH3、CO氧化均具有很高的催化活性，因此在SCR过程中会导致还原剂大量消耗而增加系统运行成本。此外，催化剂造价昂贵，易发生氧抑制和硫中毒。目前这类催化剂主要用于天然气脱氮及低温SCR装置.

3.2 金属氧化物催化剂

金属氧化物主要是氧化钛基V2O5-WO3(MoO3)/TiO2系列催化剂.其次是氧化铁基催化剂，是以Fe2O3为基础，添加Cr2o3、Al2O3、SiO2以及微量的MgO、TiO、CaO等组成，但是这种催化剂活性比氧化钛基催化剂的活性低。对于非负载型金属氧化物催化剂，目前国外的研究主要集中在MnOx催化剂，而且有部分催化剂已显示出了非常好的低温活性。

3.3分子筛催化剂

分子筛催化剂在化工生产中应用极为广泛，同样在DeNOx-SCR技术中也备受关注，多

数的催化活性主要表现在中高温区域，实际应用中的水抑制及硫中毒问题依然亟待解决，目前已开展的研究中涉及了多种类型的分子筛。在较高的温度下，分子筛催化剂对选择性还原NOx具有高的催化活性，并且活性温度范围比较宽，但是抗H2O和SO2的能力差。

3.4碳基催化剂

近年来，不少学者尝试以各种碳质材料作为载体负载金属氧化物制备碳基催化剂，由于碳基具有表面积大和化学稳定的特点，因此以各种碳基材料作为载体负载金属氧化物，可制备得到碳基催化剂，该催化剂显示出了良好的低温选择催化还原活性。但是其在温度较高且有氧存在时容易燃烧，适宜的反应温度为100~150℃，由于反应温度较低，应用范围收到限制.

3.5沸石催化剂

沸石催化剂是一种陶瓷基的催化剂，由带碱性离子的水和硅酸铝的一种多孔晶体物