尿 素 湿 法 烟 气 脱 硝 成 套 技 术
简 介
北 京 化 工 大 学
2012年7月
目前有关烟气脱硝技术较多，现有烟气脱硝行业采用的主要有选择性催化还原法 (SCR)烟气脱硝技术和尿素湿法烟气脱硝技术。
一、选择性催化还原法 (SCR)烟气脱硝技术：
选择性催化还原法 (SCR)脱硝技术效率比较高，脱硝技术比较成熟。该技术主要以NH3作为还原剂，在一定温度和催化剂的作用下，NH3有选择地将废气中NO和NO2还原为氮气及水蒸气。
在SCR工艺中，根据所使用催化剂的催化反应温度，分为高温、中温和低温三种SCR催化剂。一般高温345℃~590℃，中温260~450℃，低温150℃~280℃。
在SCR脱硝装置的运行中，除了还原剂NH3作为操作过程中的消耗品外，催化剂的使用寿命是一个重要的影响因素。催化剂的寿命取决于催化剂活性的衰减速度。催化剂在运行一段时间后，其表面活性都会有所下降，存在物理失活和化学失活。催化剂物理失活主要是指高温烧结、磨损、固体颗粒沉积堵塞而引起的催化剂活性破坏；催化剂化学失活主要是碱金属和重金属引起的催化剂中毒。实际应用中，燃料燃烧产生的炉渣飞灰还会造成催化剂微孔堵塞。由于燃烧后灰分中氧化钙含量很高，氧化钙生成的硫酸钙吸附在催化剂表面，阻止了反应物向催化剂表面的扩散及扩散进入催化剂内部，从而导致催化剂活性的降低。
一般情况下，SCR工艺中所采用的催化剂在2~3年左右就需要更换，因为催化剂本身使用量较大，且价格较贵，因此催化剂的使用费用很高。
另外，SCR工艺中需要连续补充氨气，且存在氨气的逃逸问题。因此，考虑到氨气补充及催化剂更换的问题， SCR脱硝装置的一次性投资较大，总体运行费用较高。而且操作不当会产生逃逸氨气而导致的二次污染问题。
二、尿素湿法脱硝技术：
1、尿素湿法脱硝技术基本原理：
尿素湿法烟气脱硝就是采用尿素水溶液喷淋吸收烟气中的NO和NO2，并利用尿素与之反应生成氮气，从而达到烟气脱硝的目的。
尿素湿法烟气脱硝的原理如下：
首先，烟气中的NO和NO2在气相中生成N2O3和N2O4，具体的化学反应如下所示：
2NO+O2→2NO2
2NO2→N2O4
NO+NO2→N2O3
接下来，生成的产物通过分子扩散作用从两相界面由气相扩散到液相主体。在液相中形成HNO3和HNO2，并分别电离成H+、NO3-、NO2-，生成的NO2-与(NH2)2CO（尿素）反应生成N2和CO2等。
具体化学反应如下所示：
N2O3+H2O→2HNO2
N2O4+H2O→HNO2+HNO3
2NO2+H2O→HNO2+HNO3
2HNO2+(NH2)2CO→2N2+CO2+3H2O
综上所述，尿素脱除NOx的总化学反应式可以表述为：
(NH2)2CO+NO+NO2→2N2+CO2+2H2O
由上述机理可见，NOx的去除主要是通过NO氧化，随后溶于水溶液，与尿素发生化学反应达到去除的目的。
2、尿素湿法脱硝需要解决的技术问题：
在尿素湿法烟气脱硝反应体系中，溶液中的尿素可以直接与溶于液相的NOx反应，而NOx由气态转入水相主要是通过NOx在溶液中的吸收平衡来实现。
液相脱除烟气中的NOx (一般NO占90%以上)的主要障碍是NO在水中溶解度很低，室温(25℃)其亨利常数为1.94×10-8mol/L·Pa，液相中的传质阻力较大，通过改变温度以及溶液的pH值的方法都不能使NO在水中溶解度明显提高。因此，使NO转化为容易吸收的形态是尿素湿法脱硝技术的关键所在。
NO在吸收液中的溶解度与其氧化度(即烟气中NO2/NO的摩尔比)有关，当氧化度为1时，NO在吸收液中的溶解度最大，与尿素溶液的反应速度最快，此时可获得最大的吸收率。
为了提高氧化度，气体在进行吸收前可以经过充分氧化。氧化的方法主要有干法氧化和湿法氧化两种，干法氧化主要是用气体进行氧化，一般用空气、氧气或者臭氧进行氧化。湿法氧化一般用氧化剂进行氧化，如高锰酸钾、双氧水、重铬酸钾、次氯酸钠等溶液。与干法氧化相比，湿法氧化有很多优点，例如气液相直接接触，其传热和传质效率要比干法氧化高的多，NO的氧化速度较快，所以湿法氧化速度大于干法氧化速度。但是湿法氧化需要在溶液中加入氧化剂，而氧化剂可以与吸收液中的尿素（还原剂）进行反应，导致氧化剂及尿素消耗量增加，因此尿素湿法脱硝工艺中一般采用干法氧化。
3、尿素湿法脱硝技术特点：
尿素湿法烟气脱硝过程采用的原材料为氧气（或者臭氧）、尿素，反应生成物为二氧化碳、氮气、水。脱硝完成后的废液经补充尿素后循环使用，不产生二次污染的废弃水体，避免了传统水洗法、碱吸收法等工艺存在的酸性污染、副反应多、副产品难于回收等问题，符合环保及清洁生产要求。
就操作费用而言，尿素湿法烟气脱硝仅仅需要补充消耗的尿素，没有需要更换的昂贵催化剂，操作费用相对较低。如果采用臭氧氧化，则系统电耗相对较高（视臭氧消耗量，即气相中氮氧化物含量而定）。
尿素湿法烟气脱硝设备相对简单，操作条件温和（50~60℃），相对干法脱硝工艺温度更低。
尿素湿法脱硝技术采用吸收液大流量循环操作，因此对气量及烟气中氮氧化物含量的波动不敏感，即操作弹性较大。
4、尿素湿法脱硝技术应用举例：
中石化长岭催化剂分公司催化剂焙烧尾气，气量35000Nm3/h，其中氮氧化物含量约为50kg/h，烟气温度约70~80℃。
NOX排放要求：
35米高烟囱出口处废气中NOX排放满足《大气污染物综合排放
标准
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》〔GB16297-1996〕中表2：新污染源大气污染物排放标准的二级标准要求，即排放量< 5.95kg/h，排放浓度< 240mg/m3。
5、尿素湿法脱硝技术
流程
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示意图：
见附件。
浙公网安备 33021202002483