新型SCR脫硝催化劑在低溫煙氣脫硝領域的應用
安徽晨晰潔凈科技有限公司聯合中國科學院過程工程研究所，歷經多年實驗室研發、工業化測試及應用，成功研發出一款非釩鈦體系，適用于超低溫、低硫環境的新型SCR脫硝催化劑填補了國內超低溫脫硝技術的空白。
1、背景
SCR脫硝作為大氣環保治理的重要一環，其工藝已成熟，但SCR脫硝的核心——催化劑，還存在諸多不足。如傳統催化劑基本是釩鈦體系，其起活溫度在180℃以上，但現實中存在著大量排放溫度低于180℃的煙氣，或經脫硫、除塵治理后溫度低于180℃的各類煙氣進行脫硝處理時，在不改變原有工藝設備的基礎上，傳統釩鈦體系催化劑無法滿足此類裝置的脫硝需求，因此亟需一款超低溫、高活性的新型SCR脫硝催化劑來解決這一問題。
針對超低溫脫硝領域催化劑的空缺，安徽晨晰潔凈科技有限公司聯合中國科學院過程工程研究所，歷經多年實驗室研發、工業化測試及應用，成功研發出一款非釩鈦體系，適用于超低溫、低硫環境的新型SCR脫硝催化劑（催化劑型號：CDM-2CXTX，專利號：ZL：201610257241.3），填補了國內超低溫脫硝技術的空白。
2、CDM-2CXTX催化劑的研發歷程
2017~2018年：對CDM-2CXTX催化劑進行立項，并開展催化劑的配方小試和催化劑成型、制作方法等研究；
2018~2019年：完成CDM-2CXTX催化劑成型配方確定、放大試驗，并完成中試平臺搭建、產品評價等研究；
2019~2021年：完成三聯供機組超低溫SCR脫硝、催化劑制作焙燒工段脫硝、隧道窯煙氣除塵及超低溫脫硝等工業化應用案例。同期，完成催化劑工業化廠房建設并實現催化劑量產。
3、CDM-2CXTX催化劑性能指標
4、CDM-2CXTX催化劑性能檢測及工業化測試
4.1 中石化催化劑工程研究院性能檢測
4.1.1 檢測條件
200mg催化劑，40~60目，500 ppm NO，500 ppm NH3，5%O2，N2平衡，反應氣總流量500ml/min，空速約6000h-1。
4.1.2 檢測結果
以NOx轉化率來評價催化劑活性好壞，該樣品表現出了較好的低溫活性，125℃時NOx的轉化率接近95%，175℃時NOx的轉化率接近100%。一直到250℃，樣品都能維持較高的脫硝效率。隨著溫度繼續升高，NOx的去除效率逐漸下降，350℃時NOx的去除效率僅為65%。
4.1.3 檢測結論及推測
該種催化劑的低溫活性較為優異，在中高溫的催化劑活性較差，實際使用時應注意活性溫度區間。
樣品有可能是采用液相合成法（例如堿性條件下的沉淀法、堿性條件下水熱反應法等）先制備出活性材料，之后再加少量粘結劑對其進行粘接，通過擠出成型得到短圓柱狀催化劑。推測催化劑的焙燒溫度較低，且焙燒溫度較低的原因是為了維持超低溫SCR催化劑的活性。
該測試過程是在無硫、干燥氣體環境下進行的，實際工業化應用中應考慮SO2、水氣對脫硝活性的負面影響。
4.2 三聯供系統（CCHP）煙氣測試
4.2.1 催化劑工業化測試工藝
工業化測試選用冷熱電三聯供系統（CCHP）煙氣，進口煙氣中SO2濃度＜10mg/Nm3、NOx濃度約900mg/Nm3、水蒸氣含量約15.0%(vol)、進口煙氣溫度在130~180℃、空速為4400h-1。
CDM-2CXTX型催化劑應用于CCHP系統脫硝裝置工藝流程如圖1所示。
圖1 工業顆粒狀CDM-2CXTX催化劑冷熱電三聯供系統煙氣脫硝
4.2.2 催化劑效率測試
對CCHP系統煙氣脫硝系統按照溫度梯度依次降低的順序進行測試。
圖2 脫硝溫度-效率曲線
從圖2中顯示的CDM-2CXTX催化劑在CCHP系統煙氣脫硝工業化測試結果來看，當煙氣溫度低于130℃時，脫硝效率低于80%；在反應溫度130~145℃時，脫硝效率可以穩定在80%~90%；在反應溫度145~160℃時，脫硝效率可以保持在90%~95%；在反應溫度160~170℃時，脫硝效率可以保持在95%以上。同時可通過降低催化劑應用空速，增加催化劑用量來進一步提高脫硝效率，達到超低或近零排放要求。
4.3生物質鍋爐煙氣測試
測試煙氣為生物質鍋爐煙氣，測試裝置進口溫度在130~150℃、進口氮氧化物濃度100~300mg/m3波動。具體測試結果如下：
進出口溫度在140℃左右，進口煙氣NOx含量為133.3mg/m3，CO含量為10421.1mg/m3。噴氨后NOx含量降至21mg/m3以內，出口溫度在90~150℃之間，脫硝效率在84.1%以上。脫硝效率圖如下圖：
5、CDM-2CXTX型催化劑失活、再生及循環利用
CDM-2CXTX型催化劑適合低溫、低硫的環境使用，這是因為低溫環境下的硫容易與還原劑氨形成硫銨鹽，堵塞催化劑微孔；此外硫也容易與催化劑活性物質發生反應，致使催化劑中毒失活。實際上，大部分工業尾氣排放中都含有SO2，因此催化劑的失活后的再生及循環利用具有重要意義。對于失活后的CDM-2CXTX型催化劑，通過洗滌-煅燒技術對催化劑進行再生處理，對再生的CDM-2CXTX型催化劑進行SCR效率評價，相同工況條件下與新催化劑對比發現：130～180℃溫度區間的NOX轉化率均達到95%以上，再生催化劑脫硝效率已基本恢復到新催化劑的水平。
CDM-2CXTX型催化劑具備再生及循環利用的條件，為超低溫催化劑在有硫環境中的長期穩定運行提供了可能性，同時超低溫催化劑為非釩鈦體系，無毒無害，環境友好，失活或廢催化劑可由我司直接回收處理或循環利用，可以實現資源的回收利用，避免了固廢產生以及資源浪費，解決業主后顧之憂。
6、應用前景及優勢
CDM-2CXTX型催化劑在低溫下的高活性性能，使其適用于包括垃圾焚燒、燃氣鍋爐、生物質鍋爐、活性焦尾氣等各種溫度低于180℃或經過脫硫除塵后溫度低于180℃的工業尾氣的脫硝治理中。新型催化劑在工業裝置實際應用中有以下優勢：
①、新型超低溫SCR脫硝催化劑在130～180℃的低溫區間內脫硝效率依然保持較高的脫硝效率（不低于85%），不需要像中低溫催化劑一樣需要補燃提溫，減少了能耗和系統運行費用；同時節能降耗的優勢滿足我國現行“碳中和”與“碳達峰”的指導思想。
②、催化劑采用顆粒型，相較于蜂窩狀，具有機械強度高、比較面積大、低溫高活性等特性。
③、超低溫催化劑活性組分為非釩系環境友好型物質，不屬于危廢，催化劑失活后我公司承諾免費回收。
④、不需要對現有裝置特別是各類鍋爐裝置進行改造，易實施，裝置對接時間短，不影響現有裝置正常生產。
7、結論與展望
經過安徽晨晰潔凈科技有限公司與中國科學院過程工程研究所多年研發，提供了一種具有自主知識產權的非釩鈦體系、低溫高活性CDM-2CXTX型催化劑，填補了國內相關領域的空白，解決了現有釩鈦體系催化劑無法滿足排放溫度低于180℃或經脫硫、除塵治理后溫度低于180℃的各類煙氣脫硝的問題，CDM-2CXTX型催化劑的應用無需對原工藝、設備進行改造或進行煙氣加熱，節能效果顯著，且投資省、工期短，易實施。
安徽晨晰潔凈科技有限公司將繼續深入開展自主創新與研發工作，提供性能更優的超低溫催化劑。針對不同的煙氣工況制定相適應的煙氣治理方案，幫助業主解決超低溫度、超高濃度的煙氣達標排放問題、實現超低乃至近零排放。同時，竭誠歡迎廣大環保同仁，以求共同發展，合作共贏。
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