高活性低溫脫硝催化劑在高濃度氮氧化物尾氣超低排放治理工藝的應用

王 琦，呂吉友

（1.杭州新龍化工有限公司，浙江 杭州 310000；2.山東齊陽石化工程設計有限公司，山東 淄博 255000）

直接生產兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉）及既生產稀硝酸又同時生產兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉），一般都會產生含較高濃度的氮氧化物尾氣，因尾氣溫度低且氮氧化物濃度高一直是治理的難題。近年來，中低溫脫硝催化劑在治理兩鈉和硝酸裝置尾氣中得到了很好的應用，氮氧化物實現了達標排放（硝酸工業氮氧化物國家排放標準是300 mg/Nm3，以NO2計）。隨著國家環保對尾氣排放管理要求越來越嚴格，硝酸及兩鈉生產工業的尾氣排放也將更加嚴格。實現超低排放將是硝酸及兩鈉工業尾氣治理的未來方向。

大連中科天一催化技術有限公司開發出以高活性低溫N-209脫硝為核心的催化劑，在杭州新龍化工有限公司7萬t/a稀硝酸、2萬t/a兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉）生產裝置中得到了較好的利用，實現了長周期超低濃度排放。

1 工藝流程描述

堿吸收裝置普通尾氣治理流程是將尾氣通入電捕霧器去除堿液霧滴，然后通過反應后的高溫尾氣換熱來提高溫度，再次通過電熱或中壓蒸汽換熱使得尾氣溫度達到170~250℃后進入催化劑床層。

杭州新龍化工有限公司在通用的尾氣治理工藝基礎上對工藝進行設計改造，生產尾氣先利用脫鹽水噴霧洗滌和絲網過濾的手段來代替高耗能電捕霧器，再利用廢熱鍋爐余熱，將30～60℃氮氧化物尾氣預熱至90～110℃，然后通過反應的高溫尾氣換熱來提高溫度，回收尾氣中的熱量，最后通過電加熱使得尾氣溫度達到120～180℃后進入催化劑床層。

新型的N-209脫硝催化劑，完全適應傳統的固定床脫硝工藝。氨類還原劑在進入主氣體管道混合前，先升溫高于主體氣體溫度，一般要求不低于120℃，通過氨分布器與主氣體混合，混合點與催化劑的距離盡量在4.0～5.0 m范圍外。新型凈化尾氣工藝流程圖見圖1。

圖1 新型凈化尾氣工藝流程圖

以氣氨為還原劑，空速為2 000～5 000 Nm3/h，溫度為120～180℃，入口氮氧化物濃度為2 000～5 000 mg/Nm3的生產尾氣經治理后，出口氮氧化物的濃度長期穩定在5～30 mg/Nm3。

2 工業裝置尾氣凈化運行結果

稀硝酸和兩鈉聯合生產裝置因吸收壓力低，吸收塔出口的尾氣中的NOx濃度較高，正常運行時其中氮氧化物的濃度為1 500～5 000 mg/Nm3。在最佳反應溫度區間內，與氨類還原劑反應后，尾氣的絕熱溫升在20～30℃。因裝置尾氣凈化系統的換熱效率較高，加之利用氨氧化廢熱鍋爐的能量，正常運行時不需要電加熱或蒸汽加熱等外供熱源。

以杭州新龍化工有限公司的7萬t/a稀硝酸、2萬t/a兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉）生產裝置為例，在開車運行前，通過電熱器先加熱空氣使催化劑床層升溫至120℃左右，初始開車時，催化劑溫度不低于120℃狀態下補加氣態氨，使得出口的氮氧化物濃度低于50 mg/Nm3，隨著尾氣溫度的不斷提高氮氧化物的排放濃度會越來越低，自2017年11月尾氣治理裝置開車以來完全保證了尾氣達標排放，且實現了超低排放（一般認為氮氧化物濃度低于50 mg/Nm3為超低排放）。在線檢測出口氮氧化物數據見表1。

表1 杭州新龍化工有限公司出口尾氣氮氧化物在線檢測數據

3 催化劑還原反應原理

裝置尾氣中含有2%～6%（v/v）的氧氣，在非貴金屬N-209氨還原脫除NOx催化劑表面，NH3催化還原法脫除氮氧化物，工業裝置中最佳反應溫度區間在120～180℃。其反應原理及主要放熱反應的反應式為：

（注：若用氨水，要求氨水需首先氣化后進入主氣體）

4 催化劑技術性能參數（見表2）

表2 催化劑技術性能參數

5 節能降耗措施

該公司運行尾氣凈化系統中，用噴霧洗滌、絲網除霧替代靜電除沫器，在保證了凈化效果的同時，預先將尾氣與廢熱鍋爐交換熱量，大大降低了電加熱器的使用時間，每年有8個月時間只是在開車過程中使用電加熱器預熱，其余4個月電加熱器的用電量為普通工藝用電量的1/10，優化了系統運行，大大降低了生產成本。新工藝節能降耗指標見表3。

表3 新工藝節能降耗指標

7 結語

（1）大規模工業生產中，通過裝置生產工藝的改進，以氣氨或氣化氨水為還原劑，空速為2 000~5 000 Nm3/h，溫度為120~180℃，入口氮氧化物濃度為2 000~5 000 mg/Nm3的生產尾氣經治理后，出口氮氧化物的濃度長期穩定在5~30 mg/Nm3；

（2）在保證了凈化效果的同時，預先將尾氣與廢熱鍋爐交換熱量，大大降低了電加熱器的使用時間，優化了系統運行，降低了生產成本；

（3）催化劑活性穩定、強度高，能夠長期穩定運行，催化劑裝填簡便，催化劑再生過程簡單，經濟性好。