低溫SCR技術是在較低的溫度下(低於300℃)[2]使用高活性的催化劑，用NH3還原煙氣中的氮氧化合物到N2和H2O的技術。壹般采用尾部布置方式，即除塵脫硫後布置脫硝裝置。與壹般高溫SCR技術相比，具有能耗低、系統布置方便、催化劑壽命長、運行成本低等優點，可有效避免傳統SCR技術的諸多缺點，具有良好的工業應用前景。從國內外低溫SCR技術的研究現狀來看，該技術產業化的主要障礙是低溫範圍內活性低、催化劑抗硫抗水性差、脫硝效率不穩定等。
1試點背景
焦爐在裝煤、推焦、熄焦和生產過程中會產生大量煙氣，其成分非常復雜。其主要汙染物為二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、多環芳烴、酚類、氰化物、硫化物、重金屬和二惡英[4]。張蘭英等[5]采用自制串聯采樣裝置優化預處理方法，用GC和GC/MS測定有機汙染物，分析焦爐煙氣中的總有機汙染物，* * *統計出12類，293種有機化合物。焦化尾氣中汙染物復雜，可能導致催化劑中毒，影響其脫硝活性。
目前，SCR脫硝技術在我國焦化行業的應用較少，而日本早在20世紀80年代就將SCR脫硝技術應用於東京河間工廠焦爐煙氣中氮氧化合物的控制。通過中試裝置和工業示範裝置的建設和運行，驗證了技術可行性。適宜的反應溫度為300℃，當氨與氮氧化合物的摩爾比(NH3/氮氧化合物)為0.92時，氮氧化合物被去除。
焦化尾氣的排氣溫度壹般在200℃以下。如果采用低溫SCR脫硝技術處理焦化尾氣中的氮氧化物，可以有效降低能耗。目前國內還沒有焦化尾氣低溫SCR技術的應用，低溫SCR催化劑的研究大多是在實驗室條件下進行的。在模擬煙氣條件下開發的SCR催化劑可能不能用於實際工作條件。為了開發出可應用於工程的焦化工業煙氣低溫脫硝催化劑，需要在實際工況下對開發的催化劑進行連續測試。因此，本文選取烏海某焦化廠焦化尾氣進行現場中試，測試所選低溫SCR催化劑工況下的脫硝效率，驗證焦爐尾氣低溫SCR脫硝的可行性。
2催化劑概述
中試選用了四川大學國家煙氣脫硫工程技術研究中心自主研發的低溫SCR催化劑。經實驗室條件驗證，該催化劑具有良好的抗硫性和耐水性。在120 ~ 250℃的溫度範圍內，NO去除率可保持在99%以上。該催化劑不僅大大降低了SCR反應的活化溫度，而且具有更寬的溫度窗口和更高的反應活性。
3個試驗工廠
該低溫SCR脫硝中試裝置的工藝流程如圖1所示，低溫SCR工藝布置在尾部。流量計1控制進入脫硝中試裝置的煙氣量，煙氣經過除濕器後由電加熱器加熱。氨氣來自液氨鋼瓶，進入系統的氨氣量由流量計2控制，以滿足中試設定的氨氮摩爾比。流量計3控制進入氨稀釋器的空氣量，稀釋後的氨在混合器中與煙氣充分混合後進入脫硝反應器。低溫SCR催化劑裝填在脫硝反應器內，內徑0.3m，催化劑裝填高度約0.24m，催化劑層上有溫度探頭。中試裝置采用德國SICK公司生產的S710多組分氣體分析儀對脫硝反應器進出口煙氣組分進行連續監測。
4實驗部分
4.1參數選擇
4.1.1NH3和NO的摩爾比
在煙氣脫硝過程中，氨氮摩爾比即n(NH3)/n(NO)是壹個重要的工藝指標。NH3不足會導致SCR反應不完全，脫硝效率低，而NH3過高不僅不利於SCR反應，還會導致NH3逃逸率增加。通過現場試驗，n(NH3)/n(NO)比值為1，既保證了較高的脫氮活性，又不會造成較高的NH3逃逸。氨氮摩爾比確定後，根據分析儀檢測的氮氧化物濃度選擇合適的噴氨量。
4.1.2煙氣空速
煙氣空速的數值是SCR反應的壹個重要參數，意思是:單位時間內的進料量和單位反應器體積(根據參考狀態測得)。在反應器中，空速過大，煙氣與催化劑接觸時間短，氮氧化合物與NH3反應不充分，氮氧化合物去除率低，難以達到允許的排放標準。如果空速太小，反應器利用率太低，降低了經濟效益。通過現場調試和試驗，本次飛行試驗選擇的最佳運行空速值為SV=3500h-1。
4.2高負荷脫氮實驗
進入脫硝中試裝置的煙氣流量約為55m3/h，通過現場調試，催化劑層溫度選擇為150℃。結合高負荷下焦爐尾氣中氮氧化物的濃度，進入系統的氨流量設定為0.35L/min。中試裝置啟動2小時後，催化劑層溫度上升並保持在65438±050℃。氮氧化合物去除率，即脫氮效率，可以由分析儀獲得的數據計算。圖2顯示了反應器入口和出口的氮氧化合物濃度。亮柱的峰值對應於反應器入口處的氮氧化合物濃度，暗柱的高度是反應器出口處的氮氧化合物濃度。圖3是與圖2對應的高負荷運轉時的脫硝效率圖。
從圖2可以看出，焦化煙氣中氮氧化物的濃度波動較大，反應器入口處氮氧化合物的濃度範圍為680 ~ 1030 mg/nm3。氮氧化合物在反應器出口的濃度範圍為50-260mg/nm3，出口濃度隨入口濃度的增加而增加。脫氮效率在73% ~ 94%之間，基本穩定在83%左右。高負荷脫硝實驗結果表明，中試裝置使用的低溫催化劑適用於焦爐高負荷運行的焦化煙氣。
4.3低負荷連續脫氮實驗
中試期間，由於焦化廠部分工段檢修，焦爐進入低負荷運行狀態，尾氣中氮氧化合物平均濃度約為500mg/Nm3。為此，開展了低負荷焦化尾氣連續脫硝中試試驗。中試條件:進入中試脫硝裝置的煙氣流量約為55m3/h，催化劑層溫度為150℃，進入系統的氨氣流量為0.2L/min。圖4是低負荷連續脫氮實驗的脫氮率圖，顯示連續脫氮實驗的運行時間為52小時。脫硝率在78% ~ 98%範圍內，運行過程中催化劑活性不降低。實驗結果表明，所選低溫催化劑可用於焦化煙氣的連續脫硝，並保持較高的脫硝率。
5結論和建議
(1)本次低溫SCR脫硝中試表明，累計脫硝時間超過200h，脫硝效率基本在80%以上，說明所選用的低溫SCR脫硝催化劑能夠滿足運行條件，低溫SCR脫硝技術能夠很好的應用於焦化煙氣。建議在焦化行業開展工程放大研究。
(2)工程設計時，應優化催化劑裝填方式，根據尾氣中氮氧化物的濃度變化設置實時智能噴氨系統，合理設計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。由於工程催化劑用量大，需要選擇合適的空速來確定催化劑的用量，解決催化劑大規模生產的問題。
(4)由於焦化行業化工產品工段有豐富的氨水，可通過設置蒸發器將氨水作為還原劑來源，以節約成本，合理利用資源，但需要使用除濕器來減少水分對催化劑脫硝性能的幹擾。
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