垃圾焚烧炉用低温SCR脱硝催化技术的研究

Waste disposal and resource utilization have become mature industries. From the global development trend in particular countries and regions, garbage incineration generation technology is towards to large-scale, efficient, clean. Flue gas treatment is the key of the waste power generation system, which accounts for a large proportion of investment and operating costs. It determines the environment-friendly and public acceptance of waste generation. The pollutants contained in the flue gas produced by large-scale waste incineration are mainly classified eg. respirable particulate matter, sulfur dioxide, nitrogen oxides, carbon monoxide, dioxins and heavy metals. Low temperature SCR technology is the preferred process to reduce the nitrogen oxides effectively. Because the temperature of the flue gas at the outlet of the bag filter is generally around 150 ℃, the flue gas of the incinerator flue gas purifier is installed in the low temperature denitrification process. The flue gas entering the SCR reactor does not need to be preheated to reduce the energy consumption and equipment investment. However, the difficulty of this technology is low temperature activity of the catalyst, so the development of low temperature, high efficiency, stable performance, anti-poisoning SCR catalyst has become the focus.

垃圾处理和资源化利用已经成为成熟的产业，从全球特别是发达国家和地区的发展趋势来看，垃圾焚烧发电技术正在向大型化、高效化、清洁化方向发展。烟气处理是垃圾发电系统的关键，在投资和运行成本中占有较大比例，它决定了垃圾发电的环境友好性和公众认可度。大规模垃圾焚烧产生的烟气中所含污染物主要分为以下几类：可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、二噁英类及重金属，可能对环境造成极大的危害。有效降低烟气中的氮氧化物浓度，低温SCR技术是首选工艺。因为布袋除尘器出口的烟气温度一般在150℃左右，故焚烧炉烟气净化装置加装低温脱硝工程，进入SCR反应器的烟气无需经过预热，减少了能量消耗和设备投资。然而该技术的难点是温度低，催化剂的低温活性问题突出，所以研制开发低温高效、性能稳定、抗中毒的SCR催化剂成为当前国内外研究人员关注的热点。

低温脱硝催化剂是低温SCR脱硝技术的核心，与催化剂有关的构成、使用环境、寿命等因素都会影响低温SCR脱硝技术的应用效果。基于此，本项目根据垃圾焚烧等非电行业窑炉烟气复杂的工况，研究了脱硝催化剂的低温活性影响因素和机理，通过特定元素的掺杂和改性，提高了催化剂的抗中毒性能即抗硫、抗水、抗碱金属等性能，同时还优化了实现蜂窝状催化剂的模块化制造的工艺参数。（1）针对催化剂在使用过程中会受到垃圾焚烧炉等非电行业烟气中含硫气体、碱金属、水份等影响，采用在Mn系低温活性组分中掺杂Ce、Sn、Sb 、Ni等其他金属氧化物，通过浸渍法、共沉淀法制备催化剂并进行表征分析，研究分析了Mn基脱硝催化剂微观结构对催化活性的影响，找到了提升催化剂抗中毒性能的方法和措施。（2）在当前常见的V基催化剂的基础上进行了掺杂改性研究。选择不同元素通过合理的途径将其掺杂到现有的催化剂体系中。研究了不同元素的掺杂对催化剂结构产生的影响，考察了钒负载量、钼负载量、钠负载量、SO2和SiO2、对催化剂脱硝活性的影响，尝试解决传统钒钛催化剂低温硫中毒和水中毒失活的问题。（3）通过低成本纳米TiO2载体粉体的选择，在TiO2载体中添加其他低成本成分对载体进行优化，采用化学复合或物理复合技术制备二元或多元复合载体，在颗粒状催化剂研究的基础上，通过载体与活性组分复合适应性的研究辅助合理优化的整体挤出工艺，研究蜂窝状催化剂挤出成型工艺、优化工艺参数，为蜂窝状SCR脱硝催化剂的生产和实际应用提供理论依据。本项目已按计划完成，发表论文7篇，获授权发明专利2件，实用新型专利2件，申请发明专利1件。项目部分成果通过中国建筑材料联合会组织专家评审，成果总体处于国际先进水平，本项目主持人以《整体蜂窝型低温SCR脱硝催化剂制备关键技术开发及产业化应用》项目第一完成人申报了2022年度江西省科学技术进步奖一等奖。