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解决方案
工业窑炉
详细介绍:
一. 研究背景
以煤为主的能源结构在未来较长时间仍为我国主要的能源，而燃煤锅炉在煤炭消费中占比约为 55%。工业窑炉在煤炭燃烧中会产生大量的大气污染物。
我国大气污染物中 60%的 SO2、13%NOx、50%的汞和酸性气体，以及 20-60%金属污染物来源于燃煤过程。燃煤过程中还会产生大量的挥发性有机气体、CO等污染物。此外，水泥、钢铁、发电等涉及工业燃煤锅炉的行业还会产生大量的 CO2，其中水泥行业年排放 14 亿吨 CO2，钢铁行业年排放 16 亿吨，电厂年排放 38.3 亿吨 CO2。
二.工业窑炉烟气治理技术难度
烟气组成复杂，含有大量的H2O、CO、CO2、NOx、SO2、CH4、HCl、氯代烃、有机胺及其他组分的VOCs，还有可能含有粉尘。如果采用催化净化技术，气体中的SO2、HCl和氯代烃都会导致催化剂永久失活；而高的粉尘含量会沉积在换热器或催化剂表面，导致换热器换热效率降低、催化剂反应性能降低；此外，烟气气量通常都比较大，增加了治理难度。烟气中可燃气体的浓度无法满足系统自热运行，为了提高气体净化系统的运行效率、降低运行费用，要求系统在较低的温度下运行。这些都增加了治理技术难度。
三. 工业窑炉 CO 净化技术
工业窑炉中CO排放问题已成为行业痛点，主要是由于含尘、高湿度、排烟温度低、废气中含有较高浓度的含硫组分（SO2、H2S）等。如何在低温（≤200℃）、含水工况（4vol.%-21vol.%）下，实现CO的高效净化，有诸多的关键科学技术问题亟需解决。
目前针对可燃性大气污染物如CO、VOCs和CH4 等的净化主要通过绝热燃烧或催化燃烧来实现。绝热烧烧和催化燃烧相比，绝热燃烧需要更高的燃烧温度、长的停留时间。对于低浓可燃物的净化需要跟高的运行费用和更大的净化设备尺寸。
四. 技术优势分析
① 理论创新
理论上，通过多级孔高硅分子筛为载体，从理论上有效规避了水蒸气存在下对 CO 竞争吸附的影响；多级孔丰富的孔容能够提高反应过程中可能形成硫酸盐的容量，提高了催化剂耐 SO2 性能；此外，通过单原子 H2S原位氧化活性位点构筑，提高了催化剂耐 H2S 的性能。
② 技术创新
开发的催化剂分层定域涂覆技术，提高了贵金属分散度，降低了催化剂贵金属含量和催化剂的成本；目前在燃烧催化剂方面申请发明专利近 70 件，授权 30余件，具有完善的专利保护群。
③ 成本优势
成本优势主要体现在：
（1） 由于贵金属高的分散度，催化剂贵金属含量低（0.05%-0.1%），具有较高的价格优势；而且根据未来市场前景，具有较大的操作空间；
（2） 催化剂高的空速（单位体积催化剂含 CO 废气处理量），由实验室运行结果开 1 立方米催化剂每小时可以处理 5 万立方米-10 万立方米的气量，根据实际情况来调整；极大地减小了催化剂装填量和反应器的尺寸；
（3） 催化剂具有长的寿命，预期寿命两年，降低了催化剂更换成本。另外，在实验室充分考虑了工业窑炉烟气中可能存在的导致催化剂中毒的其他气体如 H2S，含氯物种等，保证了催化剂的寿命。
（4） 成套系统可以由业主或工程公司来集中采购，业主成本可控；
（5） 催化剂可以在 200℃左右长时间稳定运行，极大的降低运行成本；按照 BASF 的催化剂如果在 300℃运行，如果烟气来气温度为80℃，仅烟气预热电耗就可以减少 50%。
2023-09-19 398
