一文讀懂低溫脫硝技術現狀及發展趨勢

1 低溫脫硝技術現狀及發展趨勢

1.1 低溫SCR脫硝技術及對比

1.1.1 低溫SCR脫硝技術工藝流程

低溫SCR技術是O2和催化劑存在的條件下，在120～300℃溫度窗口內，用還原劑NH3 將煙氣中的NOx 還原為N2和H2O，反應原理如下：

低溫SCR反應器一般布置在脫硫裝置和除灰裝置之後，煙氣不需要加熱，通過反應器的煙氣具有低溫、低硫和低塵的特性。系統由氨儲罐、氨蒸發器、氨緩衝罐、稀釋風機、氨/空氣混合器、噴氨格柵、混合單元和催化劑組成，工藝流程如圖1所示。氨水或液氨經蒸發器轉化為NH3，經氨緩衝罐，在氨/空氣混合器內稀釋，再經噴氨格柵噴入煙道，與煙氣均勻混合，並在低溫SCR反應器內發生還原反應將NOx去除。

1.1.2 低溫SCR脫硝技術與中溫SCR脫硝技術對比

1.1.3 低溫SCR脫硝技術的優點

1、低溫脫硝催化劑的反應溫度在120℃～300℃，可以應用在工業鍋爐、水泥玻璃窯爐、冶金鋼鐵燒結爐、石化催化裂解爐和化工與酸洗設備等領域，可處理高濃淡度氮氧化物煙氣(1500mg/Nm3以上)，有廣泛的應用前景;

2、布置在鍋爐的尾部煙道，無需對鍋爐本體做改動，低溫脫硝的吸收塔體積小，安裝簡便，佔地面積小。因此，脫硝裝置總體成本可大幅度下降;

3、由於其位於除塵裝置之後，因此煙氣具有低溫、低塵(或低硫)的特性，解決了催化劑的堵塞、磨損等問題，維護成本降低，使用壽命提高;

4、減輕飛灰中的K、Na、Ca、As等微量元素對催化劑的污染或中毒，若在脫硫之後還可緩解SO2引起的催化劑失活等問題;

1.1.4 低溫SCR脫硝技術的缺點

1、受二氧化硫的影響較為明顯，在低溫下二氧化硫與水、氨氣容易形成粘稠的銨鹽，附著在催化劑上，造成催化劑的中毒失活。影響催化劑性能;

2、低溫脫硝的催化劑對灰塵和含硫量有較嚴格的要求，針對燃煤鍋爐，其吸收塔只能布置在脫硫後，需要對煙氣進行再熱，增加了能量消耗和設備投資;

3、目前應用工程案例較少，應用工藝需繼續開發完善。

2.1 低溫脫硝國內現狀

2.1.1 國內低溫SCR脫硝技術主要方法

完成煙氣治理目標 低溫脫硝勢在必行

(1)方信立華低溫SCR技術

北京方信立華科技有限公司與北京工業大學建立長期合作關係，何洪教授團隊與北京方信立華科技有限公司合作解決低溫SCR催化劑在低溫高硫煙氣脫硝應用的問題。經過多年努力，成功研發出具有自主知識產權的「方信」牌低溫SCR脫硝催化劑，屬於釩鈦體系催化劑。該技術大幅拓寬了SCR脫硝催化劑的常規治理溫區，將治理溫區從300-400℃拓寬至160-400℃。目前，「方信」牌低溫SCR脫硝催化劑已成功應用於諸如雲南鈦業集團、廣州鋼鐵、湖北益泰葯業、寶鋼湛江鋼鐵有限公司等大型行業龍頭企業的脫硝工程，並取得了良好的效果。

(2)合肥晨晰低溫SCR技術

合肥晨晰環保工程有限公司與合肥工業大學建立長期合作關係，擁有一批環境治理領域的技術專家和可持續發展的技術開發團隊，秉承自主創新的理念，成功研發出具有自主知識產權的新型Mn/FA-PG低溫SCR催化劑，屬於非釩系催化劑，整個SCR工藝溫度範圍寬、適用於180~300℃。並與山東鐵雄新沙能源有限公司簽訂了150萬噸焦爐煙氣中低溫SCR脫硝工程總承包合同。

(3)上海瀚昱低溫SCR技術

瀚昱公司研發團隊與浙江大學合作建立長期合作關係，研發、設計並製造均質的MeOx-CoOx(CeOx) /TiO2蜂窩催化劑和堆垛式棒狀催化劑，屬於非釩系催化劑，應用於低溫SCR脫硝項目中。催化劑的適應溫度為130℃~260℃。脫硝效率60%~90%，並已在玻璃窯和石油化工領域擁有工程應用業績。

(4)華元科技低溫SCR技術

內蒙古華元科技有限公司生產的脫硝催化劑屬於非釩系催化劑，使用窗口溫度為120-420℃，並已有低溫SCR(玻璃窯)脫硝催化劑中試應用案例。

(5)中能國信低溫SCR技術

中能國信(北京)科技發展有限公司與清華大學材料學院達成戰略合作協議，合作開發擁有全部自主知識產權的低溫蜂窩型和低溫泡沫型SCR脫硝催化劑生產技術，屬於釩鈦體系催化劑。中能國信(北京)科技發展有限公司與北京金隅集團下屬金隅紅樹林環保技術有限責任公司一起於2014年7月開始了在水泥窯低溫SCR脫硝上的探索並已取得成功。

2.1.2 國內低溫SCR脫硝技術發展趨勢

低溫SCR工藝最為核心的問題是低溫催化劑的研製和其結構設計。能夠適合SCR尾部布置和其他低溫應用的需要，同時又可以減少對煙氣進行再加熱，能夠高效脫除煙氣中的NOx，這就必然要求催化劑的活性溫度窗口在120-300℃之間有較高的脫硝效率。低溫催化劑需要解決兩個問題，一是在低溫時有較高的活性，二是較好的抗SO2和H2O效果。

國內最早致力於低溫SCR工業脫硝技術探索研究的是北京工業大學環境與能源工程學院化學化工系何洪教授，自2003年開始，他以解決非電力行業脫硝問題為出發點，以低溫SCR催化材料為突破口，充分挖掘國內外先進技術理念，經歷近十年不懈努力，終於開發出具有自主知識產權、脫硝效率高、工程造價和運行成本遠低於中高溫SCR催化脫硝技術的低溫SCR工業脫硝技術。2012年1月份，由康恩貝集團和一些個人投資者投資，以北京工業大學的低溫SCR催化劑生產技術為核心，北京方信立華科技有限公司在北京成立，經過多年努力，成功研發出具有自主知識產權的「方信」牌低溫SCR脫硝催化劑，屬於釩鈦體系催化劑。該公司建設有一條低溫SCR催化劑生產線和低溫SCR催化工程技術中試實驗基地，並開始向工業脫硝市場提供低溫SCR催化劑。目前，該公司正在開發與低溫SCR催化劑相適應的工業低溫脫硝技術，並已經在玻璃、鋼鐵、冶金、化工、焦化、垃圾焚燒領域有相關的應用業績。

儘管何洪教授團隊在低溫SCR催化劑研發方面獲得了令業內十分關注的成績，得到了工作溫度低至160℃的高效低溫SCR催化劑，但將其用於燃煤工業鍋爐或其他含硫煙氣的脫硝時遭遇到了一個必須克服的障礙。目前何洪教授團隊正與北京方信立華科技有限公司合作解決低溫SCR催化劑在低溫高硫煙氣脫硝應用的問題，正在開展的工作包括研究在低溫SCR催化床層中ABS生成情況以及對SCR催化劑的傷害程度，研究煙氣條件—ABS生成—SCR催化劑失效的規律，研究低溫SCR催化脫硝設備的運行條件、控制方式、反應器設計優化、SCR與脫硫除塵設備的耦合和低溫SCR催化劑的原位再生技術。繼往開來，他們將從催化材料、SCR脫硝工藝設計、設備優化和原位再生技術出發，開發適合我國工業鍋(窯)爐污染物排放控制的低溫高硫煙氣脫硝技術，以更進一步為解決我國大氣污染難題貢獻新契機。

2012年12月份，何洪教授的學生霍昱與清華大學材料學院達成戰略合作協議，成立了中能國信(北京)科技發展有限公司，合作開發擁有低溫蜂窩型和低溫泡沫型SCR脫硝催化劑生產技術，公司的低溫SCR脫硝催化劑也屬於釩鈦體系催化劑。並與北京金隅集團下屬金隅紅樹林環保技術有限責任公司一起於2014年7月開始了在水泥窯低溫SCR脫硝上的探索並已取得成功。

從2014年開始，國內開始湧現一批以錳系催化劑為研究方向的一批公司，主要有上海瀚昱環保材料有限公司、合肥晨晰環保工程有限公司、內蒙古華元科技有限公司，並已經取得一定的低溫應用業績。除了以上幾家公司在低溫催化劑領域取得一定成就外，中節能六合天融、江蘇龍源、重慶遠達、浙江才府環保、北京寶塔三聚、廊坊晉盛節能、武漢大富、襄陽先天下環保等公司都在進行低溫催化劑研發攻關工作。截止到目前，沒有相關的應用業績。

未來的低溫催化劑研究方向必定朝著更低的溫度段跟進，滿足多種溫度要求;適合更多煙氣工況條件滿足複雜煙氣特性的方向發展，尋求提高效率、降低造價和運行成本的的途徑，可以滿足非電力行業的工業鍋(窯)爐設備的煙氣脫硝要求。

2.2 國外現狀

2.2.1 國外SCR低溫脫硝技術主要方法

(1)殼牌Shell低溫脫硝技術

經過多年的研究，殼牌公司(Shell)於20世紀90年代開發出了低溫DeNOx系統(SDS) ，它包括一種專有的V/Ti顆粒狀催化劑和一個低壓降的側流反應器(LFR)。典型的商業應用級 SDS，操作溫度在120℃～350℃;空速在2500～40000/ h;可以在很小的氨逃逸率下達到高於95 %的NOx轉化率。Shell低溫脫硝系統工程應用節選見表2。

Shell低溫脫硝系統在國內有安裝實踐，2005年初，柳州化工股份有限公司採購了CRI 三套脫硝系統，使用的溫度分別是137℃，164℃，290℃。在南京某己內醯胺廠也有一套CRI 脫硝系統在運行。2010年3月寧波萬華安裝一套氣液焚燒裝置的尾氣處理，同年7月又安裝尾氣流量這12455Nm3/h硝酸尾氣處理;2010年5月，湖北華強年產6萬噸的硝酸項目的尾氣處理，尾氣中的氮氧化物排放均遠低於國家即將執行的300mg/Nm3標準。

(2)奧地利Ceram低溫脫硝技術

Ceram的催化劑的採用的也是V-Ti體系，其中V含量在0到3%之間，催化劑的活性溫度在150-550℃之間。從1990開始Ceram從事的低溫脫硝項目包括垃圾發電，乙烯裂解爐，硝酸廠，天然氣燃汽輪機等。溫度最低的是1995年的Wuppertal項目，催化劑的反應溫度是150℃。其中以城市垃圾和醫用垃圾，化學殘留物等垃圾爐的尾氣SCR處理最多，另外也有少量的少量乙烯裂解爐，硝酸廠，天然氣燃汽輪機等低溫SCR項目。

2.2.2 國外SCR低溫脫硝技術發展趨勢

從國外開始應用SCR法脫硝技術以來，將低溫SCR技術應用於燃煤電廠，由於煙氣濕法脫硫之後，煙氣的溫度只有70-80℃，所以要想在電廠FGD之後安裝低溫SCR裝置，對催化劑的溫度活性溫度要求很高，如果煙氣的溫度不能達到催化劑的要求，則需要另外將催化劑預熱，又增加了SCR脫硝的運行成本。干法和半干法脫硫之後煙氣溫度相對較高，但是干法和半干法脫硫不能應用於300MW以上的鍋爐，所以開發適合干法和半干法脫硫工藝之後的低溫SCR催化劑將有很好的應用意義，應用的主要領域主要在無硫和煙氣量相對較小的鍋爐、窯爐、燃氣輪機、硝酸廠和垃圾焚燒廠等。

3 低溫SCR脫硝技術的應用

低溫SCR催化脫硝技術的應用是一項非常複雜的工程，面臨著眾多應用領域。國內目前從事低溫SCR脫硝技術推廣的環保公司有多家，主要包括方信立華、合肥晨晰、上海瀚昱、華元科技、中能國信等。目前國內低溫脫硝市場尚未全面啟動，在工程上主要應用在玻璃、化工、焦化、垃圾焚燒領域，應用工程數目不多。

從方信立華立華2015年上半年合同簽署情況來看：隨著焦化行業低溫脫硝市場的釋放，2015年3月25日，該公司喜獲世界首條焦爐煙氣脫硝與世界單筆低溫SCR脫硝催化劑採購量最大的寶鋼湛江鋼鐵有限公司焦爐煙氣凈化設施EP項目低溫SCR脫硝催化劑設備採購合同，合同額在1500萬元左右，此外還獲得山東鐵雄新沙焦化脫硝工程合同，合同額在600萬元左右;玻璃行業的合同額在600萬元左右;化工行業的合同額在500萬元左右;此外與南京江北垃圾焚燒發電廠的示範工程項目合作也在如火如荼進行中。

從合肥晨晰環保工程有限公司合同簽署情況來看：2015年7月15日，該公司獲得山東鐵雄新沙能源有限公司150萬噸焦爐煙氣中低溫SCR脫硝工程—EPC總承包合同，合同額在千萬元以上。

從上海瀚昱公司合同簽署情況來看，低溫脫硝合同主要體現在玻璃、化工、焚燒爐領域。其它一些公司的低溫脫硝技術僅有中試方面的研究，沒有實質意義上的工程應用。

隨著新的環保政策對氮氧化物的排放要求更加嚴格，在工業鍋爐、玻璃陶瓷爐窯、水泥爐窯、鋼鐵冶金燒結爐、垃圾焚燒爐、煉焦和石化系統的裂解設備等行業的有大量的需求，因此低溫SCR脫硝技術應用前景非常廣闊。