氮氧化物是主要的大氣污染物之一，造成酸雨、光化學煙霧等破壞地球生態(tài)環(huán)境和損害人體健康的一系列問題，危害嚴重，氮氧化物的治理是當前大氣環(huán)境保護的重點和難點。2012年10月開始實施的國家標準焦化工業(yè)污染物排放標準(GB16171-2012)首次將焦爐煙囪排放的氮氧化物(NOx)列為中國焦化企業(yè)大氣污染物排放的控制指標，從2021年1月1日開始，現(xiàn)有和新建企業(yè)都將實施500mg/m3(機焦、半焦爐)，200mg/m3(熱回收焦爐)氮氧化物排放濃度限值[1]，引起焦化行業(yè)的普遍關注。

低溫SCR技術是采用較低溫度(300℃以下)[2]的條件下活性較高的催化劑，利用NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O的技術，一般采用尾部布置的方式，即脫硝裝置布置在除塵脫硫后，與一般的高溫SCR技術相比，能耗低，系統(tǒng)布置方便，催化劑壽命長，運行成本低等優(yōu)點，有效避免了傳統(tǒng)SCR技術的諸多不足，具有良的工業(yè)應用前景，是目前國內外煙氣脫硝技術研究的熱點。從國內外低溫SCR技術研究現(xiàn)狀來看，該技術工業(yè)化的主要障礙是低溫范圍內活性不高、催化劑抗硫和抗水性能差、脫硝效率不穩(wěn)定等問題。

1中試背景

焦爐在煤、焦、焦、焦、生產過程中產生大量煙霧，其成分非常復雜，其主要污染物為二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、多環(huán)芳烴、酚類、氰化物、硫化物、重金屬、二惡英類等[4]。張?zhí)m英等[5]采用自制串聯(lián)采樣裝置，優(yōu)選預處理方法，用GC、GC/MS測量有機污染物，對焦爐煙進行全量有機污染物分析，共計12種、293種有機化合物。焦化尾氣中污染物成分復雜，催化劑中毒可能影響脫硝活性。

目前，國內焦化行業(yè)SCR脫硝技術的應用較少，而日本早在20世紀80年代就將SCR脫硝技術應用于東京鶴見工廠的焦爐煙氣NOx控制，通過中試和工業(yè)示范裝置的建設與運行，驗證了技術可行性，其使用TiO2-WO3-V2O5催化劑，適宜的反應溫度為300℃，當氨與NOx的摩爾比(NH3/NOx)為0.92時，NOx去除率(脫硝效率)可達90%[6]。

焦尾氣排煙溫度一般在200℃以下，采用低溫SCR脫硝技術處理焦尾氣中的氮氧化物可有效減少能源消耗。目前國內尚未應用焦化尾氣低溫SCR技術，低溫SCR催化劑的研究大多在實驗室條件下進行，采用模擬煙氣條件開發(fā)的SCR催化劑不一定能用于實際情況條件，為了開發(fā)可工程化應用的焦化行業(yè)煙氣低溫脫硝催化劑，必須不斷測試開發(fā)的催化劑的實際情況，本文選擇烏海某焦化廠焦化尾氣進行現(xiàn)場試驗，測試所選用的低溫SCR催化劑條件下的脫硝效率，驗證焦化爐尾氣低溫SCR脫硝的可行性。

2催化劑概況

試驗選擇四川大學國家煙氣脫硫工程技術研究中心自主開發(fā)的低溫SCR催化劑進行試驗。該催化劑經實驗室條件驗證具有良好的抗硫和抗水性能。在120~250℃的溫度范圍內，可以維持99%以上的NO去除率。這種催化劑不僅大大降低了SCR反應的啟動溫度，而且具有較寬的溫度窗口和較高的反應活性。

3中試裝置

本低溫SCR脫硝中試的工藝流程如圖1所示，采用尾部布設低溫SCR工藝。流量計1控制進入脫硝中試裝置的煙氣量，煙氣經除濕器后由電加熱器加熱。氨來源于液氨鋼瓶，通過流量計2控制進入系統(tǒng)的氨量，滿足中試設定的氨氮摩爾比。流量計3控制進入氨氣稀釋器的空氣量，稀釋后的氨氣在混合器中與煙氣充分混合后進入脫硝反應器。低溫SCR催化劑填充在脫硝反應器中，反應器內徑為0.3m，催化劑填充高度約為0.24m，催化劑層設有溫度探頭。中試采用德國SICK公司生產的S710多組分氣體分析儀連續(xù)在線監(jiān)測脫硝反應器進出口的煙氣組分。

4實驗部分

4.1參數(shù)選取

4.1.1NH3與NO摩爾配比

在煙氣脫硝過程中，氨、氮的摩爾比即n(NH3)/n(NO)是一個重要的工藝指標。NH3不足會導致SCR反應不完全，脫硝效率不高，而NH3過高，不僅對SCR反應不利，還會導致NH3逃逸率增加。通過現(xiàn)場實驗，n(NH3)/n(NO)為1是比例，保證高脫硝活性，也不會引起高NH3的逃脫。氨、氮的摩爾比確定后，根據(jù)分析儀檢測出的氮氧化物濃度，選擇合適的氨噴射量。

4.1.2煙氣空速

煙氣空速值是SCR反應的重要參數(shù)，其意思是單位時間、單位反應器體積中的供給體積(按基準狀態(tài)計量)。在反應器中，空速過大，煙與催化劑的接觸時間短，NOx和NH3的反應不足，NOx的去除率低，難以達到允許的排放標準的空速過小，反應器的利用率過低，經濟效益下降。通過現(xiàn)場調整和試驗，本試驗選定的最佳運行空速值為SV=3500h-1。

4.2高負荷脫硝實驗

進入脫硝試驗裝置的煙氣流量約為55m3/h，通過現(xiàn)場調試，選擇催化劑層溫度為150℃進行脫硝試驗。結合焦爐高負荷運行時的尾氣氮氧化物濃度，設定進入系統(tǒng)的氨氣流量為0.35L/min。中試裝置打開2h后，催化劑層的溫度上升，維持在150℃。分析器得到的數(shù)據(jù)可以計算NOx去除率，即脫硝效率。圖2為反應器進出口的NOx濃度，淺色柱的峰值對應的是反應器入口的NOx濃度，深色柱的高度為反應器出口的NOx濃度。圖3是對應圖2的高負荷運行脫硝效率圖。

從圖2可以看出，情況焦化煙氣中的氮氧化物濃度有很大變動，反應器入口NOx濃度范圍為680~1030mg/Nm3。反應器出口NOx濃度范圍為50~260mg/Nm3，出口濃度隨入口濃度的增加而上升，脫硝效率在73%~94%范圍內，基本穩(wěn)定在83%左右。高負荷脫硝實驗結果表明，中試使用的低溫催化劑適用于焦爐高負荷運行的焦化煙。

4.3低負荷連續(xù)脫硝實驗

中試期間，由于焦化廠部分工程檢查，焦爐進入低負荷運行狀態(tài)，尾氣中NOx濃度平均值約為500mg/Nm3，因此連續(xù)脫硝中試低負荷焦尾氣。試驗條件:進入脫硝試驗裝置的煙流量為55m3/h左右，催化劑層溫度為150℃，進入系統(tǒng)的氨流量為0.2L/min。圖4為低負荷連續(xù)脫硝實驗脫硝率圖，圖表連續(xù)脫硝實驗運行時間為52小時。脫硝率在78%~98%范圍內，運轉中催化劑的活性沒有減弱傾向，實驗結果顯示選擇的低溫催化劑可用于焦化煙的連續(xù)脫硝，維持高脫硝率。

5結論和建議

(1)本低溫SCR脫硝試驗，累計脫硝時間超過200小時，脫硝效率基本在80%以上，說明選擇的低溫脫硝催化劑滿足情況運行條件，該低溫SCR脫硝技術適用于焦化煙，建議在焦化行業(yè)進行工程化擴大研究。

(2)工程設計時，應優(yōu)化催化劑的填充方式，根據(jù)尾氣中氮氧化物濃度的變化，設置實時智能噴射氨系統(tǒng)，合理設計從混合器結構和混合器到反應器的管道長度。

(3)催化劑是低溫SCR脫硝的關鍵，工程催化劑用量大，需要選擇合適的空速來確定催化劑用量，同時解決催化劑大規(guī)模生產問題。

(4)由于焦化行業(yè)化工產品工段有豐富的氨水，可通過安裝蒸發(fā)器將其氨水作為還原劑來源，節(jié)約成本，合理利用資源，但需要安裝除濕裝置，減少水分對催化劑脫硝性能的干擾。