1、引言
化石能源具體包括石油、天然氣、煤炭,由于我國的資源特性一直是“富煤缺油少氣”,因此我國化石能源大幅偏重于煤炭。煤炭的大量使用會對環境造成很多影響,尤其是煤炭的燃燒,燃燒過程中會排出眾多大氣污染物,包括煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,造成環境污染。
2020年中國能源結構圖
其中,氮氧化物(NOx)作為一種主要大氣污染物,會造成酸雨、光化學煙霧、城市煙霧、臭氧層空洞等眾多環境問題,并容易結合人體血液中的血色素,阻斷血液中氧的運輸,導致人體中樞神經麻痹癥,同時危害人體心肺功能。
工業生產中廣泛使用的NOx控制技術有低氮燃燒技術、選擇性非催化還原技術(SNCR)和選擇性催化還原技術(SCR)。
2、CO-SCR技術簡介
CO-SCR是以一氧化碳(CO)為還原劑將NOx還原成N2。CO作為一種還原性氣體,廣泛存在于燒結和焦化煙氣以及機動車尾氣中,同時CO也是一種無色無味的有毒氣體,當空氣中的CO超過0.1%時,可能導致人中毒。使用CO代替NH3進行選擇性催化還原NOx不僅可以降低污染控制成本,而且可以同時消除煙氣中的NO和CO,實現以廢治廢。
2.1 CO-SCR技術原理
CO還原NO的反應過程可分為反應物分子吸附(CO與NO混合后首先進行氣相擴散,與催化劑表面接觸,并被催化劑表面不飽和金屬活性所吸附,形成NO(a)和CO(a)物種,同時隨著反應的繼續進行,CO與NO氣體逐漸擴散至催化劑的孔道結構內。);吸附態分子解離(當反應達到一定溫度后,活性NO(a)被分解為N(a)和O(a)物種。);表面活性物質重組及產物分子脫附(CO(a)被活性O(a)物種氧化生成CO2,同時活性N(a)物種結合生成N2,反應生成的最終產物CO2和N2從煙道中排出)四個過程。同時,其他活性物種結合會產生N2O,O2等副產物,具體步驟如下:
2.2 CO-SCR催化劑
催化劑是整個催化反應體系中的關鍵物質。目前,在用 CO 作還原劑脫除 NOx 的 CO-SCR脫硝技術中,常用的催化劑有貴金屬催化劑、單一過渡金屬催化劑、復合過渡金屬催化劑等。貴金屬催化劑一般指鉑、鈀、銠、銥、銀等。貴金屬作催化劑,往往以納米狀態存在,也可以負載在載體上,或以離子交換的方式存在于分子篩上。非貴金屬銅、鈷、鐵、鉻和錳的氧化物對于氮氧化物的去除都具有較好的活性。單金屬催化劑往往存在反應溫度窗口較窄、在富氧條件下反應活性較差、抗SO2中毒能力差等缺點,復合金屬催化劑摻雜了合適的助劑,對催化劑進行改進,在一定程度上可以改善這些問題。相對于單一過渡金屬氧化物催化劑,雙組分或者多組分的復合過渡金屬氧化物,往往活性組分的分散度更高,催化劑的活性和穩定性也更加優良。
2.3 CO-SCR技術特點
CO-SCR技術利用煙氣中存在的有害氣體CO還原氮氧化物,完成煙氣脫硝,其優勢主要有:
(1)CO作為一種還原性氣體,在100~400℃具有強還原性,是一種良好的NOx還原劑;
(2)還原劑來源于煙氣本身,脫硝成本大大降低;
(3)同時降低了CO和NOx的排放量,做到“以廢治廢”;
(4)無氨逃逸,不會造成二次污染。