北极星大气网讯:摘要：介绍了氮氧化物的来源、SCR脱硝的反应机理和工艺流程、催化剂的硫和水中毒机理,重点介绍了国内外学术和工业界为提高催化剂抗硫和抗水性能所做的研究和尝试,旨在推动低温SCR技术的进展,促进该技术早日实现在工业上的大规模应用。空气污染作为环境污染的一个主要方面，对人民的健康生活和国家的可持续发展均有较大影响。氮氧化物（NOx）是大气的主要污染物之一，主要包括一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮等，其产生的来源包括火力发电、水泥制造等固定源和机动车等移动源。氮氧化物不仅会造成光化学烟雾、破坏臭氧层，还可引起雾霾和酸雨，对环境和人体健康均有很大危害。随着国家氮氧化物排放标准的日趋严格，开发低成本、高效率的氮氧化物控制技术和治理技术具有积极的社会意义。1氮氧化物的来源及控制技术1.1氮氧化物的来源机理一般燃烧所产生的氮氧化物有三类来源[1]，第一类是由化石燃料中的氮元素发生化学反应而生，其产生几乎不受温度影响；第二类是由氮气和氧气在高温条件下发生反应而生成，其产生温度较高，一氧化氮为主要成分；第三类是由化石燃料在燃烧过程中产生的中间体与氮气反应而生成，通常生成量较少。1.2氮氧化物控制技术一般情况下，脱硝控制技术包括燃烧中控制技术（低氮燃烧器、分级燃烧和烟气再循环等）和燃烧后消除技术两大类。燃烧后消除技术主要包括选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）、吸附法、吸收法、电子束法和等离子体等其中，吸附法和吸收法存在二次污染的问题，电子束法能耗极高，等离子体法技术不成熟，其工业应用均受到制约。选择性非催化还原技术是目前应用比较广泛的脱硝技术，其运行费用低，工艺也较简单，但通常反应温度很高、氨消耗量大且脱硝效率较低，随着国家氮氧化物排放标准要求的进一步提高，选择性非催化还原技术越来越无法满足氮氧化物排放要求。2SCR技术SCR技术即选择性催化还原技术，是指在较低温度下，氮氧化物和氨气（或其他还原剂）在催化剂表面发生反应，生成无污染的水和氮气后再排放，以达到脱除氮氧化物目的的技术。采用SCR技术进行脱硝，脱硝效率高（可达到85%以上），二次污染小且运行条件温和[2]。2.1SCR技术反应机理及催化剂硫和水中毒机理2.1.1SCR技术的反应机理（图1）SCR技术的反应机理包括L-H机理和E-R机理，采用的催化剂不同，反应的机理也不尽相同。对于不同的载体和活性组分，可能按照不同的机理反应，也可能两种反应机理同时存在。L-H机理[3-4]是反应物分子均吸附在催化剂表面后，反应物分子或原子之间相互作用，生成产物。研究者认为，在这种反应机理下，氨气和氮氧化物同时吸附在活性组分表面，活化为-NH2和亚硝酸盐，之后活性物种之间反应生成氮气和水蒸气。E-R机理[5]是反应物中某一种分子吸附在催化剂表面后被活化，活化的分子吸附气相中的反应物分子，相互作用生成产物。研究者认为，在这种反应机理下，氨气首先在催化剂表面吸附形成活性基团中间体，活性基团中间体再与气相中的氮氧化物反应生成氮气和水。2.1.2催化剂的硫和水中毒机理Zhang等人[6-9]在研究中发现，水对催化剂的影响一般可逆且催化剂活性为非持续下降，当水移除时，催化剂活性大多可恢复至初始水平，而加入二氧化硫后，催化剂活性会持续降低且二氧化硫移除后，催化剂活性无法恢复到初始水平，水的加入还会加速二氧化硫导致的催化剂失活。这是因为水的加入一般只是与反应物NH3抢占活性位点，抑制NH3在催化剂表面的吸附，抑制NOx在NH3表面的吸附，所以催化剂活性可恢复。但当加入SO2和水后，SO2在催化剂的作用下与氧气反应生成SO3，之后与活性组分继续反应生成硫酸盐（如硫酸锰等，锰的价态降低失去氧化还原能力），造成活性位点失效；SO3或与水和氨气反应生成硫酸铵盐（硫酸铵和硫酸氢铵等），阻塞催化剂的孔道和覆盖活性位点。两者均会造成催化剂的失活。2.2SCR工艺流程固定源SCR脱硝技术一般采用如下工艺流程[10]：首先对还原剂进行处理（如蒸发储存罐内的氨水，与空气混合），配置一定浓度的还原剂；然后通过注入系统（如喷氨格栅），将混合好的氨气定量喷入SCR反应器上部烟气中，并充分混合均匀；最后，在催化剂的作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生反应，生成氮气和水。SCR脱硝系统一般还包括管路、风机、旁路和操作控制系统等。2.3SCR催化剂催化剂是SCR技术的核心，是决定脱硝效率的关键因素。SCR催化剂主要分为高温催化剂和低温催化剂，不同温度区间需使用不同种类的催化剂。目前工业上应用最为广泛的SCR催化剂的主要活性组分为钒的氧化物，载体为二氧化钛，反应温度一般为℃~℃，属高温催化剂。但钒钛催化剂温度窗口较窄，且SCR反应器处于高尘段，故钒钛催化剂易被粉尘冲刷或堵塞，改造已有项目成本较高。采用低温SCR技术，反应器一般位于脱硫装置或除尘器之后，反应温度＜℃，甚至＜℃。低温SCR技术的优势在于反应器布置在工程的尾端，对其他相关装置的影响较小；在低尘位置，可一定程度减轻由颗粒物堵塞和烟尘中的碱金属造成的催化剂失活。因此，低温SCR催化剂越来越受到专家学者的

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