¿Investigación piloto sobre desnitrificación SCR a baja temperatura de gases de combustión en la industria del coque?
El óxido de nitrógeno es uno de los principales contaminantes atmosféricos. Puede causar una serie de problemas como la lluvia ácida y el smog fotoquímico que dañan el medio ambiente ecológico de la tierra y perjudican el control de la salud humana. El óxido de nitrógeno es el problema atmosférico actual. Puntos clave y dificultades en la protección del medio ambiente. La norma nacional "Norma de emisión de contaminantes de la industria química de coque" (GB16171-2012), que se implementó en octubre de 2012, enumera los óxidos de nitrógeno (NOx) emitidos por las chimeneas de los hornos de coque como indicador de control de las emisiones de contaminantes atmosféricos de las empresas de coque en mi país para Por primera vez se estipula que a partir del 1 de enero de 2015, las empresas nuevas y existentes deben implementar límites de concentración de emisiones de óxido de nitrógeno de 500 mg/m3 (horno de coque y semicoque mecánico) y 200 mg/m3 (horno de coque de recuperación de calor) [1. ] , provocando una preocupación generalizada en la industria del coque.
La tecnología SCR de baja temperatura es una tecnología que utiliza un catalizador con mayor actividad a temperaturas más bajas (menos de 300 °C) [2] y utiliza NH3 para reducir los NOx de los gases de combustión a N2 y H2O. Generalmente se utiliza el método de disposición de la cola, es decir, el dispositivo de desnitrificación se dispone después de la eliminación del polvo y la desulfuración, tiene las ventajas de un bajo consumo de energía, una disposición conveniente del sistema, una larga vida útil del catalizador y un bajo costo operativo en comparación con el método general. La tecnología SCR de alta temperatura puede evitar eficazmente muchas de las desventajas de la tecnología SCR tradicional. Tiene buenas perspectivas de aplicación industrial y es un tema candente en la investigación de la tecnología de desnitrificación de gases de combustión en el país y en el extranjero. A juzgar por el estado actual de la investigación de la tecnología SCR de baja temperatura en el país y en el extranjero, los principales obstáculos para la industrialización de esta tecnología son la baja actividad en el rango de baja temperatura, la escasa resistencia al azufre y al agua del catalizador y la inestable eficiencia de desnitrificación. .
1 Antecedentes de la planta piloto
Los hornos de coque producirán una gran cantidad de gases de combustión durante los procesos de carga de carbón, empuje de coque, enfriamiento de coque y producción. Su composición es muy compleja y sus principales procesos. El contaminante es el dióxido de azufre, el dióxido de carbono, los óxidos de nitrógeno, los hidrocarburos aromáticos policíclicos, los fenoles, los cianuros, los sulfuros, los metales pesados y las dioxinas, etc. Zhang Lanying et al. [5] utilizaron un dispositivo de muestreo en serie de fabricación propia, optimizaron el método de pretratamiento y utilizaron GC y GC/MS para medir los contaminantes orgánicos. Analizaron la cantidad total de contaminantes orgánicos en los gases de combustión de los hornos de coque. y finalmente contó 12 categorías y 293 tipos de compuestos orgánicos. La compleja composición de los contaminantes en los gases de escape de coquización puede causar envenenamiento del catalizador y afectar su actividad de desnitrificación.
En la actualidad, existen pocas aplicaciones de la tecnología de desnitrificación SCR en la industria nacional de coquización. Ya en la década de 1980, Japón aplicó la tecnología de desnitrificación SCR al control de NOx de los gases de combustión de los hornos de coque en la planta de Tsurumi en Tokio. Pasó la prueba piloto. La construcción y operación de dispositivos de demostración industrial ha verificado la viabilidad técnica. Utiliza catalizador TiO2-WO3-V2O5. La temperatura de reacción adecuada es 300 °C cuando la relación molar de amoníaco a NOx (NH3/NOx). es 0,92, la tasa de eliminación de NOx (eficiencia de desnitrificación) puede alcanzar 90 [6].
La temperatura de escape de los gases de escape de coque es generalmente inferior a 200 °C. Si se utiliza la tecnología de desnitrificación SCR a baja temperatura para tratar los óxidos de nitrógeno en los gases de escape de coque, el consumo de energía se puede reducir de manera efectiva. En la actualidad, no existe ninguna aplicación de la tecnología SCR de baja temperatura para los gases de escape de coquización en China. La investigación sobre catalizadores SCR de baja temperatura se realiza principalmente en condiciones de laboratorio. Es posible que los catalizadores SCR desarrollados en condiciones simuladas de gases de combustión no necesariamente puedan usarse. en condiciones de trabajo reales Para desarrollar un catalizador de desnitrificación a baja temperatura para gases de combustión en la industria de la coquización que pueda usarse en aplicaciones de ingeniería, es necesario probar continuamente el catalizador desarrollado en condiciones de trabajo reales. gas de escape de una planta de coquización en Wuhai para pruebas piloto in situ Pruebe la eficiencia de desnitrificación del catalizador SCR de baja temperatura seleccionado en condiciones de trabajo para verificar la viabilidad de la desnitrificación SCR a baja temperatura de los gases de escape de hornos de coque.
2 Descripción general del catalizador
Para la prueba piloto se seleccionó el catalizador SCR de baja temperatura desarrollado independientemente por el Centro Nacional de Investigación de Tecnología de Ingeniería de Desulfuración de Gases de Combustión de la Universidad de Sichuan. Se ha demostrado que este catalizador tiene buenas propiedades de resistencia al azufre y al agua en condiciones de laboratorio. En el rango de temperatura de 120~250 ℃, puede mantener una alta tasa de eliminación de NO de más del 99 %. Este catalizador no sólo reduce en gran medida la temperatura de activación de la reacción SCR, sino que también tiene una amplia ventana de temperatura y una alta actividad de reacción.
3 Planta piloto
El flujo de proceso de esta planta piloto de desnitrificación SCR a baja temperatura se muestra en la Figura 1, utilizando un proceso SCR de baja temperatura montado en la cola.
El caudalímetro 1 controla la cantidad de gases de combustión que ingresan a la planta piloto de desnitrificación. Los gases de combustión se calientan mediante un calentador eléctrico después de pasar por el deshumidificador. El gas amoníaco proviene de cilindros de amoníaco líquido y el medidor de flujo 2 controla la cantidad de gas amoníaco que ingresa al sistema para cumplir con la relación molar amoníaco-nitrógeno establecida en la prueba piloto. El caudalímetro 3 controla la cantidad de aire que ingresa al diluyente de amoníaco. El amoníaco diluido se mezcla completamente con los gases de combustión en el mezclador y luego ingresa al reactor de desnitrificación. El catalizador SCR de baja temperatura se carga en el reactor de desnitrificación. El diámetro interior del reactor es de 0,3 m, la altura de llenado del catalizador es de aproximadamente 0,24 m y la capa de catalizador está equipada con una sonda de temperatura. En la planta piloto se utilizó el analizador de gases multicomponente S710 de la empresa alemana SICK para controlar continuamente los componentes de los gases de combustión en la entrada y salida del reactor de desnitrificación.
4 Parte experimental
4.1 Selección de parámetros
4.1.1 Relación molar de NH3 y NO
En el proceso de desnitración de gases de combustión, el amoniaco , la relación molar de nitrógeno, n(NH3)/n(NO), es un indicador importante del proceso. Una cantidad insuficiente de NH3 provocará una reacción SCR incompleta y una baja eficiencia de desnitrificación, mientras que un nivel demasiado alto de NH3 no sólo será perjudicial para la reacción SCR, sino que también provocará un aumento en la tasa de escape de NH3. A través de experimentos de campo, n(NH3)/n(NO) es una proporción más apropiada de 1, que no solo garantiza una mayor actividad de desnitrificación, sino que tampoco provoca un mayor escape de NH3. Una vez determinada la proporción molar de amoníaco y nitrógeno, se selecciona la cantidad adecuada de inyección de amoníaco en función de la concentración de óxidos de nitrógeno detectada por el analizador.
4.1.2 Velocidad espacial de los gases de combustión
El valor de la velocidad espacial de los gases de combustión es un parámetro importante de la reacción SCR. Su significado es: el volumen de alimentación por unidad de tiempo y la unidad de volumen del reactor. (medido según el estado inicial). En el reactor, la velocidad espacial es demasiado grande, el tiempo de contacto entre los gases de combustión y el catalizador es corto, la reacción entre NOx y NH3 es insuficiente, la tasa de eliminación de NOx es baja y es difícil cumplir con los estándares de emisión permitidos; la velocidad espacial es demasiado pequeña y la tasa de utilización del reactor demasiado baja, lo que reduce los beneficios económicos. A través de depuración y pruebas en el sitio, el valor de velocidad operativa óptima seleccionado para esta prueba piloto es SV=3500h-1.
4.2 Experimento de desnitrificación de alta carga
El flujo de gas de combustión que ingresa al dispositivo piloto de desnitrificación es de aproximadamente 55 m3/h. A través de la depuración en el sitio, se seleccionó que la temperatura de la capa de catalizador fuera 150ºC. °C para la prueba piloto de desnitrificación. Combinado con la concentración de óxido de nitrógeno en los gases de escape durante el funcionamiento de carga alta del horno de coque, el caudal de amoníaco que ingresa al sistema se establece en 0,35 l/min. 2 horas después de encender la planta piloto, la temperatura de la capa de catalizador aumentó y se mantuvo a 150°C. La tasa de eliminación de NOx, es decir, la eficiencia de desnitrificación, se puede calcular a partir de los datos obtenidos por el analizador. La Figura 2 muestra la concentración de NOx en la entrada y salida del reactor. El valor máximo de la columna de color claro corresponde a la concentración de NOx en la entrada del reactor y la altura de la columna de color oscuro corresponde a la concentración de NOx en la salida del reactor. . La Figura 3 es un diagrama de eficiencia de desnitrificación en operación de alta carga correspondiente a la Figura 2.
Como se puede ver en la Figura 2, la concentración de óxidos de nitrógeno en los gases de combustión de coquización en condiciones de trabajo fluctúa mucho, y la concentración de NOx en la entrada del reactor varía de 680 a 1030 mg/Nm3. La concentración de NOx a la salida del reactor varía de 50 a 260 mg/Nm3. La concentración de salida aumenta con el aumento de la concentración de entrada. La eficiencia de desnitrificación varía de 73 a 94 y es básicamente estable en alrededor de 83. Los resultados experimentales de desnitrificación de alta carga muestran que el catalizador de baja temperatura utilizado en la prueba piloto es adecuado para coquizar los gases de combustión en operaciones de alta carga de hornos de coque.
4.3 Experimento de desnitrificación continua de baja carga
Durante la prueba piloto, debido al mantenimiento de algunas secciones de la coquería, el horno de coque entró en un estado de funcionamiento de baja carga, y el La concentración promedio de NOx en los gases de escape fue de aproximadamente 500 mg/Nm3, por lo que se realizó una prueba piloto de desnitración continua de gases de escape de coque de baja carga. Condiciones de la prueba piloto: el caudal de gas de combustión que ingresa a la planta piloto de desnitrificación es de aproximadamente 55 m3/h, la temperatura de la capa de catalizador es de 150 °C y el caudal de amoníaco que ingresa al sistema es de 0,2 l/min. La Figura 4 es un diagrama de tasa de desnitrificación de un experimento de desnitrificación continua de baja carga. La figura muestra que el tiempo de ejecución del experimento de desnitrificación continua es de 52 horas. La tasa de desnitrificación está en el rango de 78 a 98 y la actividad del catalizador no muestra una tendencia a debilitarse durante la operación. Los resultados experimentales muestran que el catalizador de baja temperatura seleccionado se puede usar para la desnitrificación continua de los gases de combustión de coquización y mantener una temperatura alta. tasa de desnitrificación.
5 Conclusiones y sugerencias
(1) En esta prueba piloto de desnitrificación SCR a baja temperatura, el tiempo de desnitrificación acumulado superó las 200 h y la eficiencia de desnitrificación fue básicamente superior a 80, lo que indica que la El catalizador de desnitrificación de baja temperatura seleccionado cumple con las condiciones de trabajo, esta tecnología de desnitrificación SCR de baja temperatura puede adaptarse mejor a los gases de combustión de coquización y se recomienda realizar investigaciones de amplificación de ingeniería en la industria de la coquización.
(2) Durante el diseño de ingeniería, se debe optimizar el método de llenado del catalizador, se debe configurar un sistema inteligente de inyección de amoníaco en tiempo real de acuerdo con los cambios de concentración de óxidos de nitrógeno en los gases de escape y el mezclador. La estructura y la tubería desde el mezclador hasta el reactor deben tener una longitud razonable.
(3) El catalizador es la clave para la desnitrificación SCR a baja temperatura. Debido a la gran cantidad de catalizador de ingeniería, es necesario seleccionar una velocidad espacial adecuada para determinar la cantidad de catalizador, y al mismo tiempo. Con el tiempo, debe resolverse el problema de la producción a gran escala del catalizador.
(4) Dado que la sección de productos químicos de la industria del coque es rica en amoníaco, el evaporador se puede configurar para utilizar su amoníaco como fuente de agente reductor para ahorrar costos y utilizar racionalmente los recursos. Es necesario instalar un dispositivo de deshumidificación para reducir el impacto del agua en la industria de la coquización. Interferencia con el rendimiento de la desnitrificación del catalizador.
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