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摘要：平板式脱硝催化剂主要成分为TiO2、V2O5和MoO3。运用ICP等表针手段对在高砷烟气中的催化剂分析发现，经过高砷烟气，催化剂内部积累了一定的As2O3，催化剂的失活速率正常，并未引起由于高砷烟气而造成的失活速率加速。
关键词：平板式脱硝催化剂；高砷烟气；V-Mo/TiO2
引言
选择性催化还原（SCR，Selective Catalytic Reduction）技术在20世纪70年代后期先由日本应用在工业锅炉和电厂锅炉上，欧洲从1985年开始引进SCR技术。美国从1959年就开始研究SCR技术，直到80年代后期才发展到工业应用上来。SCR技术的原理是通过还原剂（例如NH3），在适当的温度，并有催化剂存在的条件下把NOx转化为空气中天然含有的氮气（N2）和水（H2O）
由于技术的成熟和较高的脱硝率，SCR技术已经成为国际上电厂烟气脱硝的主流技术。随着国家对环保要求的日益提高，SCR技术在我国已逐步开始大规模推广应用。2015年12月，国务院下达了一项治理雾霾的“硬任务”：在2020年前，对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，对落后产能和不符合相关强制性标准要求的，要坚决淘汰关停。超低排放是通过多污染物高效协同控制技术，使燃煤机组的大气主要污染物排放标准低于我国现行的《火电厂大气污染物排放标准》[1]（GB13223-2011）这一法定标准，而接近或达到天然气燃气机组的排放标准。
2016年12月25日第十二届全国人民代表大会常务委员会第二十五次会议通过了《中华人民共和国环境保护税法》，自2018年1月1日起施行，在中华人民共和国领域和中华人民共和国管辖的其他海域，直接向环境排放应税污染物的企事业单位和其他生产经营者为环境保护税的纳税人，应当依照本法规定缴纳环境保护税。其中，NOx和SO2排放收取费用为1.263-12.63元/kg，烟尘排放收取费用为0.55-5.5元/kg，汞排放收取费用为12000-120000元/kg，具体数值按照各级省政府规定的排放限额标准执行[2]。
我国火电厂以燃煤为主，并且我国燃煤具有灰分含量高、成分复杂多变等特点，煤中砷含量分为五个等级：含量在0-1.5μg/g之间的煤称为低砷煤，含量在1.5-8μg/g之间的煤为中砷煤，含量在8-25μg/g之间的煤为中高砷煤，含量在25-100μg/g之间的煤为高砷煤，含量大于100μg/g的煤为特高砷煤[3]。中国高砷煤区域有：黑龙江双鸭山、吉林珲春、辽宁铁法、蒙东、贵州西南、河南义马、山东新汶、山西大同等区域，全国平均含量6μg/g，最大可达476μg/g（焦煤），大部分都在四级以下（＜25μg/g）[4]。
根据烟气特点，如何选择合适的脱硝催化剂型式和配方，对于超低排放改造、机组安全运行和环保达标排放尤为重要，蜂窝式催化剂和平板式催化剂市场占有率99%以上，其中平板式催化剂具有以下特点：长条开孔，压损小，抗堵灰能力强；不锈钢栅网骨架结构，抗磨损能力强；含钼配方，抗中毒能力强；历史悠久，高灰运行经验丰富[5]。本文对平板式脱硝催化剂在高砷烟气中运行进行了分析和研究，经分析发现，平板式脱硝催化剂在高砷烟气中运行正常，失活速率并未明显增加，经过高砷烟气中长期运行和研究分析，平板式脱硝催化剂适用于高砷烟气的工况条件运行。
1砷中毒机理
SCR催化剂布置在省煤器和空气预热器之间，在该区间，As2O3（三氧化二砷）以蒸汽形式存在。当烟气通过催化剂表面时，As2O3蒸汽会吸附到催化剂表面并渗透进入催化剂内部，与催化剂中的活性物质V2O5进行反应，生成一种对脱硝反应无活性的聚合物。（如下图1所示）
图1 脱硝催化剂砷中毒机理
2实验部分
1.1催化剂制备和表征
选取2个燃煤电厂，A厂燃烧煤种分别为高砷煤，B厂燃烧煤种为低砷煤，A厂烟气中As含量为90μg/g，B厂烟气中As含量为3μg/g。
分别在A厂和B厂SCR反应器中具有代表性的位置抽取使用过3年的平板式催化剂单板5片（初始活性一致），将单板上的膏料轻轻刮下，充分研磨，取适量粉末进行微量元素分析。
1.2催化剂表征
ICP-OES（inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy），电感耦合等离子体发射光谱，可以对催化剂中微量元素含量进行测量，入射功率为1300W，气体流量为0.55L/min，测试依据为GB/T 23942-2009 化学试剂 电感耦合等离子体 原子发射光谱法通则，测试环境为21℃，相对湿度为60%，样品数量为20g。
催化剂活性测试在自主设计的微型反应器中进行测试，载气为氮气，流量为1Nm³/h，温度为365℃，NOx浓度为400ppm，O2浓度为5%，氨气浓度为480ppm，
在催化剂活性测试中，“k”值经常被用来表达催化剂的活性。为了确定“k”值。催化剂样品在实验室反应器中测试NOx的转化率定义如下。
为确定在测试反应器中的脱硝活性，请见以下计算：
NOx转化率ηNOx=（c0（NOx）-c（NOx））/（c0（NOx））×100%
式中：
ηNOx为所装催化剂层的NOx转化率，单位%
c0（NOx）为催化剂入口NOx浓度，单位ppmvd
c（NOx）为催化剂出口NOx浓度，单位ppmvd
ppm为百万分之一，体积分数。
k（NOx）=-AV×ln（1-ηNOx/（100%））
式中：
k（NOx）为所装催化剂层的活性常数，单位m/h
AV为所装催化剂层的面积速度，单位m/h
3结果讨论
由表1可以看出，催化剂在A厂和B厂使用过3年后，催化剂内已经累积了一定的As元素，同时As元素的积累量会随着烟气中As的浓度增加而增加，燃烧高砷煤的烟气，聚集在催化剂内的As元素明显远远多于燃烧低砷煤的烟气。由表2可以看出，催化剂活性失活速率几乎一致，可以看出高砷煤和低砷煤并未对催化剂的活性产生影响，是由于催化剂中的MoO3优先与As2O3接触，避免了V2O5与As2O3聚合，从而影响脱硝活性。
4结论
平板式脱硝催化剂在高砷烟气中运行正常，失活速率正常，经过高砷烟气中长期运行和研究分析，平板式脱硝催化剂适用于高砷烟气的工况条件运行。
参考文献：
[1] GB/T 13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S]. 北京：中国环境科学出版社，2012.
[2] 中华人民共和国环境保护税法[S].2016
[3] 姜英，傅丛，等. 中国煤中砷的分布特征[J]. 煤炭科学技术，2008，36（2），101-104.
[4] 姜英，傅丛，等. 中国典型高砷煤中砷与煤质特征之间的关系及砷的赋存状态[J]. 煤炭学报，201237（1），96-102.
[5] 李小海，王虎，於承志，等. 平板式脱硝催化剂的基本性能[J]. 化工进展，2012.41（8）.
论文作者:马罗宁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/17
标签：催化剂论文; 烟气论文; 活性论文; 平板式论文; 含量论文; 浓度论文; 污染物论文; 《电力设备》2017年第32期论文;