过程工程所在燃煤烟气脱硝研究方面取得进展

　　我国燃煤电厂锅炉与由工业锅炉、工业窑炉等构成的工业燃烧设备排放约1500万吨/年的NOx，占我国总NOx排放量的70%，是形成PM 2.5的重要前驱物之一。控制燃煤污染是改善我国城市大气环境质量的关键，目前燃煤烟气脱硝领域普遍采用的选择性催化还原（SCR）技术，其核心是SCR催化剂，然而我国现有商业脱硝催化剂基本依赖国外传统工艺，活性组分用量大、成本较高、价格昂贵，在一定程度上限制了中小型工业锅炉和窑炉脱硝的起步和发展。 

　　过程工程所先进能源研究室与日本明电舍（株）合作研发了高效低成本的涂覆型蜂窝脱硝催化剂，将粉末催化剂涂覆在廉价蜂窝载体上用于燃煤烟气脱硝，可大大减少脱硝催化剂活性组分的用量，从而有效降低催化剂成本。研究中考察了涂覆厚度对蜂窝催化剂活性的影响，当涂覆厚度达到110 μm时催化剂活性与100%成型催化剂相差不大。如表1结果所示，涂覆厚度为100 μm的催化剂其活性为100%成型催化剂的84.3%，但其催化剂用量仅为100%成型催化剂的12.8%，大大节省了粉末催化剂的用量。实验表明涂覆催化剂对模拟烟气和实际燃煤烟气具有相同的催化活性。 

　　本研究对涂覆型蜂窝催化剂的SCR反应动力学进行了计算，试验结果与计算表明：在较低NH₃/NO条件下，SCR反应是对于NH₃的一级反应，而在NH₃/NO高于0.8时为零级反应。由于实际脱硝中所采用的NH₃/NO基本在0.8以上，因此涂覆催化剂上SCR反应的动力学方程可以简写为r_NO=kC_NO。进一步测试了不同长度催化剂在不同温度下的脱硝性能，结果表明，用一级反应方程描述涂覆催化剂上的SCR反应是合理的。根据一级反应方程，可求得不同温度下的反应速率常数k，并根据阿累尼乌斯公式对lnk和1/T做图，可以得出涂覆催化剂上SCR反应的表观活化能约为27 kJ/mol，指前因子为3718 s^-1。根据所求的动力学参数，我们可以预测在任意温度和催化剂长度下NO的转化率，如图1所示。从图中可得到在不同条件下，要达到特定的NO转化率所需要催化剂的长度与空速，此结果可作为中试反应器设计的理论依据。 

　　图1 NO转化率随温度及催化剂长度的变化趋势