催化法烟气脱硫脱硝技术.ppt

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1、 催化法烟气脱硫脱硝技术催化法烟气脱硫脱硝技术国家烟气脱硫工程技术中心国家烟气脱硫工程技术中心http:/报告人：尹华强2/27/20231主要内容主要内容一一、我国酸雨污染与二氧化硫、氮氧化物减排我国酸雨污染与二氧化硫、氮氧化物减排 二、催化法烟气脱硫技术二、催化法烟气脱硫技术三、催化法烟气脱硝技术三、催化法烟气脱硝技术四、催化法烟气脱硫脱硝技术展望与建议四、催化法烟气脱硫脱硝技术展望与建议2/27/20232国家烟气脱硫工程技术研究中心一、我国酸雨污染与二氧化硫氮氧化物减排一、我国酸雨污染与二氧化硫氮氧化物减排2/27/20233国家烟气脱硫工程技术研究中心 1.1 酸雨污染严重酸雨污染严

2、重酸雨分布图酸雨分布图2/27/20234国家烟气脱硫工程技术研究中心大量树木死亡受受酸酸雨雨危危害害的的农农作作物物建建筑筑物物严严重重腐腐蚀蚀2/27/20235国家烟气脱硫工程技术研究中心SOx和NOx不能通过控制燃烧条件而消除，这些酸性物质大量排放引起酸沉降，其影响范围已经由局部型污染发展成为区域性污染，甚至成为全球性污染。据统计，2008年，我国SO2的排放量为2321万吨，NOx排放量也超过了1000万吨，预计到2010年，SO2的排放量仍将达到2200万吨。1.2我国我国 二氧化硫、氮氧化物排放情况（二氧化硫、氮氧化物排放情况（1）2/27/20236国家烟气脱硫工程技术研究中心

3、2/27/20237国家烟气脱硫工程技术研究中心2/27/20238国家烟气脱硫工程技术研究中心2/27/20239国家烟气脱硫工程技术研究中心据预测，到2010年和2020年，我国煤炭需求总量将分别达到24.5亿吨和29亿吨l燃煤发电机组将分别增加到5.5亿千瓦和6.6亿千瓦l全国燃煤产生二氧化硫将分别达到3500多万吨和4350多万吨1.2 我国二氧化硫氮氧化物排放情况（我国二氧化硫氮氧化物排放情况（2）2/27/202310国家烟气脱硫工程技术研究中心1.3 我国酸雨污染防治规划目标我国酸雨污染防治规划目标 总体目标总体目标 20102010年，大幅度削减年，大幅度削减二氧化硫二氧化硫排

4、放总量排放总量,严格控制严格控制氮氧氮氧化物化物排放增长的趋势排放增长的趋势 到到20202020年，消除重度酸沉降区域年，消除重度酸沉降区域,酸雨区受到损害的酸雨区受到损害的生态环境逐步恢复生态环境逐步恢复 2/27/202311国家烟气脱硫工程技术研究中心省份省份2010年年2015年年2020年年电力电力非电力行非电力行业业电力电力非电力行非电力行业业电力电力非电力行非电力行业业北北 京京2.19.92.19.42.18.4天天 津津12.49.611.88.67.87.7河河 北北64.475.747.068.225.861.3辽辽 宁宁43.150.230.545.219.040.7

5、上上 海海28.021.122.21913.517.1江江 苏苏57.86847.361.236.455.1浙浙 江江35.831.929.028.723.825.9福福 建建17.415.114.613.610.412.3山山 东东80.695.354.885.738.777.2广广 东东39.256.838.451.132.246海海 南南2.10.71.70.61.10.5山山 西西65.187.343.378.636.670.7吉吉 林林17.216.814.315.111.413.6黑龙江黑龙江32.920.726.318.620.916.7表表1 1二氧化硫排放总量指标分配表二氧化

6、硫排放总量指标分配表 单位：万吨单位：万吨2/27/202312国家烟气脱硫工程技术研究中心烟气脱硫重点从燃煤电厂扩展到电力、钢铁、有色、化工、建材等多个行业烟气氮氧化物污染控制势在必行新的脱硫脱硝市场为各种脱硫脱硝技术的发展提供了契机加快现有燃煤电厂脱硫设施建设,新建燃煤电厂必须根据排放标准安装脱硫装置,推进钢铁、有色、化工、建材等行业二氧化硫污染治理。“十一五”规划纲要1.4二氧化硫、氮氧化物污染控制新态势2/27/202313国家烟气脱硫工程技术研究中心二、催化法烟气脱硫技术二、催化法烟气脱硫技术2/27/202314国家烟气脱硫工程技术研究中心2.1 烟气特点气量大浓度低成分复杂处理成

7、本高处理成本高处理成本高处理成本高2/27/202315国家烟气脱硫工程技术研究中心2.2 三类主要烟气脱硫技术对烟气特点的适应性吸收1.可处理大气量的烟气2.气液平衡限制，处理低浓度气体传质推动力小，吸收剂消耗量大1.可处理低浓度烟气处理2.吸附容量限制，处理气量有限催化1.可适合大气量，低浓度，成分复杂的烟气处理2.需要开发合适的催化剂和催化反应器吸附2/27/202316国家烟气脱硫工程技术研究中心催化法烟气催化法烟气脱硫技术脱硫技术催化反催化反应工程应工程功能功能材料材料强化强化传质传质分离分离富集富集2.3催化法烟气脱硫的技术基础2/27/202317国家烟气脱硫工程技术研究中心2.

8、4催化法烟气脱硫技术分类催化还原催化还原还原剂在催化剂作用下直接将烟气中的SO2还原为单质硫催化脱硫催化脱硫催化氧化催化氧化通过气相催化氧化或液相催化氧化得到稀硫酸或硫酸盐副产物2/27/202318国家烟气脱硫工程技术研究中心2.5 催化还原法烟气脱硫技术优点1、回收硫磺2、利用烟气中的还原性物质3、不产生废渣和废液4、工艺简单缺点1、目前的研究大多针对无氧气体2、尚未开发出合适的催化剂2/27/202319国家烟气脱硫工程技术研究中心直接还原法直接还原法常用的还原剂：碳（C）一氧化碳（CO）天然气（CH4）氢气（H2）2/27/202320国家烟气脱硫工程技术研究中心 CO还原法还原法使用

9、CO作还原剂,在催化剂作用下将烟气中SO2直接催化还原为元素硫(S)主要反应：SO2+2CO2CO2+1/xSx CO+1/xSxCOS 2COS+SO22CO2+1/xSx其中X2。在高温下通过反应(1)产生的气态硫(主要是S2)可与CO作用生成COS,COS可再与SO2反应生成S。但是,COS是一种比CO毒性更大的气体。要尽量控制COS的生成,减少其排放。2/27/202321国家烟气脱硫工程技术研究中心H2还原法还原法H2催化还原SO2的催化剂主要有V2O5、铝矾土、Ru/Al2O3、Co/Al2O3和CoMo/Al2O3以及Ru/TiO2等负载型催化剂。2/27/202322国家烟气脱

10、硫工程技术研究中心例：SO2在Co-Mo/Al2O3催化剂上被H2还原,包含两个在不同活性中心发生的相互独立的反应过程:金属硫化物表面:SO2+3H2H2S+2H2O Al2O3表面：SO2+2H2S3S+2H2O 总反应：SO2+2H2=S+2H2O 2/27/202323国家烟气脱硫工程技术研究中心水汽使催化剂中毒,影响催化活性与选择性 少量O2的存在,影响催化活性与选择性。氧气将促进氧化反应,抑制还原反应。技术难点：技术难点：2/27/202324国家烟气脱硫工程技术研究中心2.6 催化氧化法烟气脱硫技术特点实例气相催化氧化参照接触法制硫酸工艺反应温度高，烟气要加热再进入反应器液相催化氧

11、化脱硫效率高，可以实现同时脱除NOx催化剂回收困难，有废水产生千代田法（硫酸铁）软锰矿法（MnO2）2/27/202325国家烟气脱硫工程技术研究中心催化氧化脱硫工艺流程（常规技术）催化氧化脱硫工艺流程（常规技术）常规催化氧化的烟气脱硫系统通常复杂而庞大，造价昂贵，催化剂仅适于高温高浓度净化程度高烟气2/27/202326国家烟气脱硫工程技术研究中心软锰矿法烟气脱硫技术2/27/202327国家烟气脱硫工程技术研究中心磷铵肥法（磷铵肥法（PAFP）烟气脱硫技术工艺流程图）烟气脱硫技术工艺流程图磷铵肥法烟气脱硫技术2/27/202328国家烟气脱硫工程技术研究中心磷铵肥法烟气脱硫技术2/27/2

12、02329国家烟气脱硫工程技术研究中心2.7 新型催化法烟气脱硫技术原理在催化剂的作用下，SO2与O2反应生成SO3 含有氧、水蒸气和二氧化硫的烟气通过催化剂层，H2O、SO2和O2被吸附。吸附富集催化氧化洗涤制酸水洗得到硫酸，释放活性位2/27/202330国家烟气脱硫工程技术研究中心2.8 新型催化法烟气脱硫技术特点实现100以下低温催化氧化制硫酸适宜处理低浓度烟气脱硫剂原位再生，可以长期使用产品为浓度30%90%的硫酸脱硫后烟气不需再热直接排放2/27/202331国家烟气脱硫工程技术研究中心2.9 新型催化法：高尘烟气应用方案脱硫脱硫硫酸硫酸除尘除尘调质调质烟囱排放烟囱排放烟气高尘烟气

13、新型催化法脱硫工艺简图适用于建材，有色，钢铁行业2/27/202332国家烟气脱硫工程技术研究中心2.10新型催化法：低尘烟气应用方案除尘除尘脱硫脱硫烟囱排放烟囱排放烟气浓缩浓缩低尘烟气新型催化法脱硫工艺简图适用于化工行业，燃气、油锅炉2/27/202333国家烟气脱硫工程技术研究中心2.11新型催化法：电厂烟气应用方案电厂烟气新型催化法脱硫工艺简图除尘除尘烟气烟囱排放烟囱排放脱硫脱硫浓缩浓缩脱硝脱硝适用于燃煤电厂锅炉2/27/202334国家烟气脱硫工程技术研究中心工程实例2/27/202335国家烟气脱硫工程技术研究中心2/27/202336国家烟气脱硫工程技术研究中心2/27/20233

14、7国家烟气脱硫工程技术研究中心工程实例2/27/202338国家烟气脱硫工程技术研究中心2.12 新型催化法烟气脱硫技术展望1.变传统的高开采、高污染、高消耗、低效益的烟气二氧化硫污染治理模式为低消耗、高效益的循环经济型模式。以石灰石石膏法为代表的传统烟气脱硫技术以石灰石为脱硫剂原料，脱硫的同时需要开采大量石灰石，脱硫副产物石膏以抛弃处理为主。按减排1000万吨二氧化硫计，采用石灰石石膏法，需消耗石灰石约2300万吨，产生脱硫石膏3000万吨以上。而采用新型催化法烟气脱硫技术，与石灰石-石膏法烟气脱硫技术相比，脱硫剂消耗量仅为20万吨，脱硫成本可降低约60亿元，同时可减少二氧化碳排放约700万

15、吨，回收硫资源生产硫酸1500万吨。2/27/202339国家烟气脱硫工程技术研究中心2.变不可再生脱硫剂为可再生、可长期使用的脱硫剂2.12 新型催化法烟气脱硫技术展望目前国内外应用的烟气脱硫技术在脱硫过程中必须不断消耗脱硫剂，因此运行成本高。催化法烟气脱硫技术的脱硫剂为催化剂，在脱硫过程中一般不消耗，大大节约运行成本。2/27/202340国家烟气脱硫工程技术研究中心3.变高温催化为低温、低浓度下的催化氧化。2.12 新型催化法烟气脱硫技术展望目前国内外开发的催化法脱硫技术仅适合反应温度高、气体前处理净化程度高、二氧化硫浓度高的烟气净化。因而催化法烟气脱硫技术难以在烟气脱硫工程中广泛推广应

16、用。新型催化法通过采用特殊的工艺，开发出抗毒性强、寿命长、低活性温度、高催化活性的烟气脱硫新材料，适应烟气成分复杂，二氧化硫浓度在0.1%0.5%波动、烟气温度在100200间的工况条件。2/27/202341国家烟气脱硫工程技术研究中心4.变低附加价值脱硫副产物为高附加值的脱硫副产物。2.12 新型催化法烟气脱硫技术展望石灰石石膏法脱硫副产物脱硫石膏在我国市场空间小，利用价值低，主要以抛弃处理为主，进入环境成为二次污染物。而硫是一种宝贵的战略资源，我国每年需进口硫磺约1000万吨，每吨价格14001600元。催化法脱硫技术脱硫副产物可为硫酸或硫酸盐产品。以每年减排1000万吨二氧化硫计，可回

17、收硫资源生产硫酸（按100硫酸计）1500万吨。2/27/202342国家烟气脱硫工程技术研究中心三、催化法烟气脱硝技术2/27/202343国家烟气脱硫工程技术研究中心3.1催化法脱硝技术发展历程硝酸尾气脱硝汽车尾气脱硝烟气脱硝SNCR(选择性非催化还原脱硝选择性非催化还原脱硝)SCR(选择性催化还原脱硝选择性催化还原脱硝)2/27/202344国家烟气脱硫工程技术研究中心3.2选择性催化法烟气脱硝技术选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在氧气和非均相催化剂存在条件下，用NH3或烃类、CO还原性气体等将烟气中的NO还原为无害的氮气和水的工艺

18、。优点：SCR技术脱硝效率高，理论上可接近100%的 脱硝效率。2/27/202345国家烟气脱硫工程技术研究中心3.3氨选择性催化法烟气脱硝技术原理：以NH3为还原剂，在催化剂的作用下，氨气将烟气中的NO还原为氮气和水。其化学反应方程式为：除上面反应外，同时也有可能发生氨的氧化反应：2/27/202346国家烟气脱硫工程技术研究中心NH3-SCR:在较低温度时，选择性催化还原反应占主导地位，且随温度升高有利于NOx的还原。但进一步提高反应温度，氧化反应变得更为重要，结果使得NOx脱除效率降低。2/27/202347国家烟气脱硫工程技术研究中心3.3 NH3-SCR工艺流程图2/27/2023

19、48国家烟气脱硫工程技术研究中心影响NH3-SCR的主要因素反应温度停留时间和空速还原剂与烟气的混合程度还原剂与NOx的化学计量比逸出的NOx和NH3的浓度运行因素2/27/202349国家烟气脱硫工程技术研究中心过多的NH3还能发生以下的反应：造成催化剂空隙堵塞失活和空气预热器等的腐蚀 2/27/202350国家烟气脱硫工程技术研究中心SCR工艺流程工艺流程高粉尘布置SCR系统 2/27/202351国家烟气脱硫工程技术研究中心优点：烟气温度在300400范围内，烟气不需加热可获得较高的NOX净化效果。缺点：(a)催化剂易污染或中毒；(b)催化剂易被堵塞；(c)催化剂易发生烧结。2/27/2

20、02352国家烟气脱硫工程技术研究中心低粉尘布置SCR系统 2/27/202353国家烟气脱硫工程技术研究中心优点：可防止烟气中的飞灰对催化剂的污染和对反应器的磨损与堵塞。缺点：大部分电除尘器在300400的高温下无法正常运行。2/27/202354国家烟气脱硫工程技术研究中心尾部布置SCR系统2/27/202355国家烟气脱硫工程技术研究中心优点：催化剂不受飞灰和SO3等的污染。缺点：烟气温度较低，仅为5060，一般需要气一气换热器（GGH）或采用加设燃油或燃天然气的燃烧器将烟温提高到催化剂的活性温度，势必增加能源消耗和运行费用。2/27/202356国家烟气脱硫工程技术研究中心3.4催化法

21、烟气脱硝技术进展 低温烟气脱硫脱硝催化剂开发非氨还原剂催化法烟气脱硝技术开发同时脱硫脱硝催化技术开发2/27/202357国家烟气脱硫工程技术研究中心 以新型炭材料为载体负载过渡金属制备的脱硝催化剂，催化温度，脱硝率，脱硫率5。采用还原性气体将SO2和NOx选择性催化还原为氮气和单质硫。3.4催化法烟气脱硝技术进展2/27/202358国家烟气脱硫工程技术研究中心同时脱硫脱硝工艺流程图2/27/202359国家烟气脱硫工程技术研究中心DESONOX工艺流程图2/27/202360国家烟气脱硫工程技术研究中心4 催化法烟气脱硫脱硝技术展望与建议工艺简单、运行可靠，可实现综合化、资源化和经济化的催化法烟气脱硫脱硝技术是烟气污染控制发展的方向，将促进烟气净化技术变革加快我国催化法烟气脱硫脱硝技术研究开发与产业化步伐是我国二氧化硫氮氧化物减排走自主创新道路的必然选择建议国家有关部门加强统筹，产学研金合作，推动我国催化法烟气净化技术与产业发展2/27/202361国家烟气脱硫工程技术研究中心我们只有一个地球我们只有一个地球我们只有一个地球我们只有一个地球2/27/202362国家烟气脱硫工程技术研究中心 国家烟气脱硫工程技术中心国家烟气脱硫工程技术中心Tell:028-85403016 Fax:028-854004632/27/202363国家烟气脱硫工程技术研究中心