氮氧化物是主要的大气污染物之一，造成酸雨、光化学烟雾等破坏地球生态环境和损害人体健康的一系列问题，危害严重，氮氧化物的治理是当前大气环境保护的重点和难点。2012年10月开始实施的国家标准焦化工业污染物排放标准(GB16171-2012)首次将焦炉烟囱排放的氮氧化物(NOx)列为中国焦化企业大气污染物排放的控制指标，从2021年1月1日开始，现有和新建企业都将实施500mg/m3(机焦、半焦炉)，200mg/m3(热回收焦炉)氮氧化物排放浓度限值[1]，引起焦化行业的普遍关注。

低温SCR技术是采用较低温度(300℃以下)[2]的条件下活性较高的催化剂，利用NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O的技术，一般采用尾部布置的方式，即脱硝装置布置在除尘脱硫后，与一般的高温SCR技术相比，能耗低，系统布置方便，催化剂寿命长，运行成本低等优点，有效避免了传统SCR技术的诸多不足，具有良的工业应用前景，是目前国内外烟气脱硝技术研究的热点。从国内外低温SCR技术研究现状来看，该技术工业化的主要障碍是低温范围内活性不高、催化剂抗硫和抗水性能差、脱硝效率不稳定等问题。

1中试背景

焦炉在煤、焦、焦、焦、生产过程中产生大量烟雾，其成分非常复杂，其主要污染物为二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物、多环芳烃、酚类、氰化物、硫化物、重金属、二恶英类等[4]。张兰英等[5]采用自制串联采样装置，优选预处理方法，用GC、GC/MS测量有机污染物，对焦炉烟进行全量有机污染物分析，共计12种、293种有机化合物。焦化尾气中污染物成分复杂，催化剂中毒可能影响脱硝活性。

目前，国内焦化行业SCR脱硝技术的应用较少，而日本早在20世纪80年代就将SCR脱硝技术应用于东京鹤见工厂的焦炉烟气NOx控制，通过中试和工业示范装置的建设与运行，验证了技术可行性，其使用TiO2-WO3-V2O5催化剂，适宜的反应温度为300℃，当氨与NOx的摩尔比(NH3/NOx)为0.92时，NOx去除率(脱硝效率)可达90%[6]。

焦尾气排烟温度一般在200℃以下，采用低温SCR脱硝技术处理焦尾气中的氮氧化物可有效减少能源消耗。目前国内尚未应用焦化尾气低温SCR技术，低温SCR催化剂的研究大多在实验室条件下进行，采用模拟烟气条件开发的SCR催化剂不一定能用于实际情况条件，为了开发可工程化应用的焦化行业烟气低温脱硝催化剂，必须不断测试开发的催化剂的实际情况，本文选择乌海某焦化厂焦化尾气进行现场试验，测试所选用的低温SCR催化剂条件下的脱硝效率，验证焦化炉尾气低温SCR脱硝的可行性。

2催化剂概况

试验选择四川大学国家烟气脱硫工程技术研究中心自主开发的低温SCR催化剂进行试验。该催化剂经实验室条件验证具有良好的抗硫和抗水性能。在120~250℃的温度范围内，可以维持99%以上的NO去除率。这种催化剂不仅大大降低了SCR反应的启动温度，而且具有较宽的温度窗口和较高的反应活性。

3中试装置

本低温SCR脱硝中试的工艺流程如图1所示，采用尾部布设低温SCR工艺。流量计1控制进入脱硝中试装置的烟气量，烟气经除湿器后由电加热器加热。氨来源于液氨钢瓶，通过流量计2控制进入系统的氨量，满足中试设定的氨氮摩尔比。流量计3控制进入氨气稀释器的空气量，稀释后的氨气在混合器中与烟气充分混合后进入脱硝反应器。低温SCR催化剂填充在脱硝反应器中，反应器内径为0.3m，催化剂填充高度约为0.24m，催化剂层设有温度探头。中试采用德国SICK公司生产的S710多组分气体分析仪连续在线监测脱硝反应器进出口的烟气组分。

4实验部分

4.1参数选取

4.1.1NH3与NO摩尔配比

在烟气脱硝过程中，氨、氮的摩尔比即n(NH3)/n(NO)是一个重要的工艺指标。NH3不足会导致SCR反应不完全，脱硝效率不高，而NH3过高，不仅对SCR反应不利，还会导致NH3逃逸率增加。通过现场实验，n(NH3)/n(NO)为1是比例，保证高脱硝活性，也不会引起高NH3的逃脱。氨、氮的摩尔比确定后，根据分析仪检测出的氮氧化物浓度，选择合适的氨喷射量。

4.1.2烟气空速

烟气空速值是SCR反应的重要参数，其意思是单位时间、单位反应器体积中的供给体积(按基准状态计量)。在反应器中，空速过大，烟与催化剂的接触时间短，NOx和NH3的反应不足，NOx的去除率低，难以达到允许的排放标准的空速过小，反应器的利用率过低，经济效益下降。通过现场调整和试验，本试验选定的最佳运行空速值为SV=3500h-1。

4.2高负荷脱硝实验

进入脱硝试验装置的烟气流量约为55m3/h，通过现场调试，选择催化剂层温度为150℃进行脱硝试验。结合焦炉高负荷运行时的尾气氮氧化物浓度，设定进入系统的氨气流量为0.35L/min。中试装置打开2h后，催化剂层的温度上升，维持在150℃。分析器得到的数据可以计算NOx去除率，即脱硝效率。图2为反应器进出口的NOx浓度，浅色柱的峰值对应的是反应器入口的NOx浓度，深色柱的高度为反应器出口的NOx浓度。图3是对应图2的高负荷运行脱硝效率图。

从图2可以看出，情况焦化烟气中的氮氧化物浓度有很大变动，反应器入口NOx浓度范围为680~1030mg/Nm3。反应器出口NOx浓度范围为50~260mg/Nm3，出口浓度随入口浓度的增加而上升，脱硝效率在73%~94%范围内，基本稳定在83%左右。高负荷脱硝实验结果表明，中试使用的低温催化剂适用于焦炉高负荷运行的焦化烟。

4.3低负荷连续脱硝实验

中试期间，由于焦化厂部分工程检查，焦炉进入低负荷运行状态，尾气中NOx浓度平均值约为500mg/Nm3，因此连续脱硝中试低负荷焦尾气。试验条件:进入脱硝试验装置的烟流量为55m3/h左右，催化剂层温度为150℃，进入系统的氨流量为0.2L/min。图4为低负荷连续脱硝实验脱硝率图，图表连续脱硝实验运行时间为52小时。脱硝率在78%~98%范围内，运转中催化剂的活性没有减弱倾向，实验结果显示选择的低温催化剂可用于焦化烟的连续脱硝，维持高脱硝率。

5结论和建议

(1)本低温SCR脱硝试验，累计脱硝时间超过200小时，脱硝效率基本在80%以上，说明选择的低温脱硝催化剂满足情况运行条件，该低温SCR脱硝技术适用于焦化烟，建议在焦化行业进行工程化扩大研究。

(2)工程设计时，应优化催化剂的填充方式，根据尾气中氮氧化物浓度的变化，设置实时智能喷射氨系统，合理设计从混合器结构和混合器到反应器的管道长度。

(3)催化剂是低温SCR脱硝的关键，工程催化剂用量大，需要选择合适的空速来确定催化剂用量，同时解决催化剂大规模生产问题。

(4)由于焦化行业化工产品工段有丰富的氨水，可通过安装蒸发器将其氨水作为还原剂来源，节约成本，合理利用资源，但需要安装除湿装置，减少水分对催化剂脱硝性能的干扰。