炽热碳脱硝技术介绍

,炽热碳还原法脱硝技术,内容,技术背景和意义国内外NOX脱除方法炽热炭还原脱硝法机理及热力学分析炽热炭还原脱硝法反应条件炽热炭还原脱硝法工艺炽热炭还原脱硝法研究与工业化成果工业化推广待研究解决问题,NOx排放对人体和环境产生严重的损害，尤其是中国目前雾霾产生的主要诱因之一,一、技术背景和意义,NOX,自然形成,工业锅炉,其他方面,汽车尾气,化工厂,NOX的来源,发电厂,2010年全国工业NOx排放总量1700万吨。其中发电和供热燃煤锅炉排放量占55%。对燃煤锅炉烟气进行脱硝具有重要的意义。,国内外脱除方法,活性炭法脱硝,等离子法脱硝,微生物法脱硝,催化法烟气脱硝,湿法烟气脱硝,选择性催化还原SCR,选择性非催化还原SNCR,吸附法,炽热炭还原法,二、国内外NOX的脱除方法,普遍工业化,SCR脱硝技术研究热点,重点研究降低催化剂反应温度，减少热量的损失。采用脱硝剂为氨,使用量没有减少。,N2+H2=NH3,4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O,按2010年NOx排放量为1700万吨，燃煤锅炉占55%，需要消耗的氨量为：17000.553017=530万吨，2010年全国合成氨产量为4960万吨，如果将燃煤锅炉产生的NOx全部采用用SCR方法处理，每年需要消耗全国年产量10%的合成氨才能实现，经济上非常不合理。,SCR脱硝技术弊端,当烟气中含有少量O2时,同时发生反应为：,三、炽热炭还原脱硝法机理及热力学分析,3.1脱硝机理,3.2热力学分析,NOx与C和CO反应平衡常数的对数值lgKp,转化率达80%适宜温度：,4.1反应温度对NOx转化率影响,500-900,四、炽热炭还原脱硝法反应条件,图1去除率温度曲线图2温度对无烟煤还原NOx影响图3各种碳还原能力的比较,温度700，氧含量6%，实验空塔气速在0.10.2m/s,4.2反应时间对NOx转化率影响,烟煤：具有挥发分较高，作为原料脱硝的同时会造成二次的污染。无烟煤：比表面积大、孔隙率高，挥发分少，反应效果好。半焦：挥发分较低,具有良好的孔结构，碳的比例较高，反应性好。焦炭：挥发分较低，碳的比例较高,孔结构较差,反应性能良好。从经济性和脱硝效果两方面综合考虑，可以选择在800左右的热解温度下对烟煤进行热解拔头所得半焦或无烟煤。,4.3脱硝剂选取,其中无烟煤还原能力最强,冶金焦次之,新鲜最弱。脱硝剂的还原性能与炭的物理性质特别是比表面和孔结构有关。,各种碳还原能力的比较,氧的存在降低了反应温度，提高了转化率，氧气促进了炭的低温汽化而产生了碳活性位和表面含氧化合物，有利于氮氧化物的还原。,空间速度：5000h-1,4.4氧含量对NOx转化率影响,温度700，空速50007000h-1,氧含量对NOx转化率影响,5.1脱硝工艺流程,五、炽热炭还原脱硝法工艺,SCR脱硝工艺流程,300-400,1锅炉炉膛2屏式过热器3对流过热器4脱硝反应器5省煤器6空气预热器7除尘器8脱硫反应器9风机10烟筒,炽热炭脱硝法工艺流程,500-900,5.2脱硝反应器型式的选取,固定床：床层压降较大，半焦的加入以及卸灰比较困难。流化床：需要附加设备（风机等），操作复杂，成本较高。移动床：床层压降较小，操作简单，便于连续化操作。综合考虑，反应器形式选取移动床。,移动床脱硝反应器,1.移动床脱硝反应器，内衬有百叶窗型构件，反应器中焦碳由两侧百叶窗型构件夹持。2.移动床脱硝反应器，还原剂半焦（或无烟煤）的直径为510cm。3.移动床脱硝反应器，进口烟气的温度为500-900。4.氮氧化物脱除效率可达99%以上，能够满足GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准的要求。,5.3热平衡问题,消耗的炭与NOx物质的量比约为1012:1,1立方米烟气：n(NOx)=0.8/30+0.08/46=0.0284molm(C)=0.0284*12*12=4.1g/m3烟气,参考：炭还原法治理石油流化催化裂化催化剂再生烟气中氮氧化物研究_张俊丰,由资料查得：对于2300MW的发电厂，日发电量约为1440万度电（24小时满发），产生烟气约为46000000m3,每天脱硝剂消耗量为:,46000000m3*4.1g/m3烟气*10-6=189吨脱硝剂/天每kwh消耗脱硝剂为:189吨/14400000kwh=13.1g脱硝剂/kwh,实验过程，反应器进出口烟气温度升高了近100，在实际工程中，烟气温度的变化，以及总的热量平衡尚待研究。,6.1实验阶段,1.清华大学炽热碳还原法净化NOx的试验研究，以无烟煤、焦炭等含碳固体为还原剂,在800-1000的温度范围内,处理硝酸生产尾气(NOx)，NOx的净化率可达90-99%,净化后尾气中的NOx浓度一般低于200ppm。2.湘潭大学炭还原法治理石油流化催化裂化催化剂再生烟气中氮氧化物研究，在模拟烟气上考察了反应温度、空间速度和氧气含量对氮氧化物转化率的影响，以木炭作为还原剂，在700、氧含量为6%、1500h-1的空速下转化率达到95%。,六.炽热炭还原脱硝法研究与工业化成果,1.一种干法氮氧化物废气处理装置（专利号：CN96224411.2），适用于工业上间歇或连续排放高浓度氮氧化物废气的处理，脱除效率可达99%。2.氮氧化物废气处理反应器（专利号：CN02263020.1），涉及一种硝酸生产和硝酸使用中产生NOx废气的氮氧化物废气处理反应器。,6.2相关专利,1.在北京燕山石化做了无烟煤净化实际硝酸尾气试验。NOx浓度为3000-5000ppm，在900-1000的温度下，空速高达30000h-1，还原率仍达99%左右。2.在石家庄化肥厂用无烟煤及该厂造气用的机焦、土焦及混合焦末做还原剂，利用直径250mm的模型进行试验。碳质粒度5-10mm，装碳高度10-20cm，NOx浓度为2000-5000ppm，氧含量在6%左右，当流量为20-30m3/h（空速为500-1500h-1），可使碳质固体在装置中稳定的燃烧，温度在900以上，还原率可达95%左右。3.在衡阳市湘南化工厂生产C207甲醇催化剂的第一道工序是用硝酸溶解金属铜和金属锌,产生大量的NOx。以焦炭作为还原物料，温度在920左右，去除率达98.6%。,6.3中式及工业化,上述研究成果中，均为对化工过程中产生的高浓度氮