固定源烟气处理稀土催化材料的应用与开发

"本成果主要依托国家“863”计划（课题名称：固定源烟气处理稀土催化材料的应用与开发，课题编号：2015AA03A401），由南京大学，石河子大学，新疆天富集团有限责任公司三家单位共同研发完成。南京大学董林教授为项目负责人。董林教授团队长期以来致力于稀土基催化剂的制备科学和表面物理化学性质研究以及有关大气分子污染物的吸附、催化消除方面的应用技术探索。基于前期相关工作积累，成功开发出了低温稀土铈基催化剂配方。经石河子大学的工业放大及新疆天富南热电有限公司的侧线运行，该配方可以满足在100 ℃运行3000 h以上的寿命及稳定性测试，脱硝效率达55 %以上，并且通过了2000 m3/h级侧线验证（图1）。该项技术的试验成功，填补了我国在超低温（100 oC）脱硝领域的空白，为燃煤烟气高效除尘脱硫脱硝提供了一条新的技术途径。同时，通过课题的实施，还达到了去除“白烟”的效果，实现了能源利用和环境保护“一体化”，满足了国家对大气环境保护的实际需要。随着燃煤电厂尾端烟气脱硝工艺的实施，不仅解决了氮氧化物超低温催化消除的问题，而且符合国家当前“超洁净”排放的趋势，有望在各大电厂及工业窑炉等推广使用。经石河子大学的工业放大及新疆天富南热电有限公司的侧线运行，该配方可以满足在100 ℃运行3000 h以上的寿命及稳定性测试，脱硝效率达55 %以上，并且通过了2000 m3/h级侧线验证。该项技术的试验成功，填补了我国在超低温（100 oC）脱硝领域的空白，为燃煤烟气高效除尘脱硫脱硝提供了一条新的技术途径。同时，通过课题的实施，还达到了去除“白烟”的效果，实现了能源利用和环境保护“一体化”，满足了国家对大气环境保护的实际需要。随着燃煤电厂尾端烟气脱硝工艺的实施，不仅解决了氮氧化物超低温催化消除的问题，而且符合国家当前“超洁净”排放的趋势，有望在各大电厂及工业窑炉等推广使用。经过国家“十五”和“十一五”的多年攻关，我国除尘和脱硫技术已相对成熟，但是关于氮氧化物治理方面的研究工作起步较晚，目前仍面临诸多挑战，特别是超低温条件（100-150 oC）下的脱硝技术。基于国家当前严峻的大气环境污染现状及燃煤电厂在现有烟气处理运行模式下遇到的种种问题，我们创新性地提出了“除尘-脱硫-低温脱硝”技术路线（图2），即在电厂原有设备的尾端进行烟气脱硝处理。与传统脱硝技术路线相比，本项目的研究成果具有以下显著特点： 1. 采用了新型工艺路线传统燃煤电厂烟气处理多采用“脱硝-除尘-脱硫”的工艺路线（图2上）。这一路线能够很好地利用高温烟气，但催化剂寿命受制于粉尘的冲刷，通常只能稳定运行2-3年。本课题采用“除尘-脱硫-低温脱硝”的技术路线（图2下），即在电厂原有设备的尾端进行烟气脱硝处理，既可以作为氮氧化物“超洁净”排放的有效保障，也可以作为脱硝工艺的新技术路线使用。同时，由于烟气经过前期除尘和脱硫后，干扰组分（粉尘、SO2和碱重金属等）极大减少，这有利于催化剂长时间稳定运行。 2. 开发低温稀土基超低温脱硝催化剂填补了国内外研究领域空白目前，我们开发的超低温脱硝催化剂经2000 m3/h级烟气流量侧线试验后，已连续稳定运行3000 h以上，脱硝效率保持在55 %以上，远远低于目前已有工业应用报道的脱硝催化剂温度（如，荷兰壳牌公司生产的TiO2-V2O5催化剂工作温度最低，为140 oC），进一步拓展了脱硝催化剂的最低工作温度区间（图3）。