低温SCR脱硝技术的开路先锋
发布日期：2015-07-06 浏览次数：103
作为大城市空气中的要污染物，NOx与PM2.5复合是雾霾的主要成因之，严重危害着人民的身体健康和社会环境建设。为此，在2011年第十届全国人大四次会议上，《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出，在“十五”实施化学需氧量、二氧化硫排放分别减少10%目标基础上，新增加将“氨氮、氮氧化物排放分别减少10%”作为“十二五”经济社会发展的主要目标之。
何洪：低温SCR脱硝技术的开路先锋
面临大气的污染及严格的排放标准，加快研究氮氧化物的高效治理技术已是势在必行。在此，北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系何洪教授长期致力于低温SCR工业脱硝技术探索研究，他以解决非电力行业脱硝问题为出发点，以低温SCR催化材料为突破口，充分挖掘国内外先进技术理念，经历近十年不懈努力，终于开发出具有自主知识产权、脱硝效率高达90%、工程造价和运行成本远低于中高温SCR催化脱硝技术的低温SCR工业脱硝技术。
担使命：污染难题亟待解决
据悉，我国NOx排放主要来源于火力发电、交通运输和各种工业过程。近十年来，随着我国汽车工业的发展和执行日益严格的机动车排放标准以及三效催化剂和柴油车SCR催化技术的发展，交通运输行业的NOx排放得到了定的控制。近几年我国加大火电厂烟气NOx排放治理，对电力企业实行了脱硝电价补偿的政策，大地促进了电力行业脱硝的进程。
然而，非电力行业（包括自备电站）的NOx排放控制遭遇到了大的困难，因为非电力行业的工业锅（窑）炉设备（例如，工业锅炉、玻璃陶瓷炉窑、水泥炉窑、冶金烧结炉、炼焦和石化系统的裂解设备等）烟气以及涉及硝酸生产和使用的工艺过程废气的排放温度大多低于300℃，而目前电力行业使用的SCR脱硝催化剂的工作温度为300℃～400℃。因此，在非电力行业难以直接使用中高温（300℃～400℃）SCR催化工艺对NOx排放进行控制。
目前，工业上NOx排放控制的主流技术是选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR），前者的NOx净化效率较低，难以满足严格的排放标准，因此，SCR是实现“大气污染防治行动计划”目标的主要工程技术。我国的SCR脱硝催化剂生产技术和脱硝工程技术基本上来自于国外，虽然国外的技术相对成熟，但由于我国的能源结构与西方相差很大，煤炭能源占整个能源消耗的70%左右，其高硫高灰分的烟气的治理只依靠国外的技术难以解决，这问题在非电力行业脱硝域更为突出，如果不能解决非电力行业脱硝问题，那么到2017年，我国主要污染物排放强度减少30%的目标难以实现。
早在十年前，何洪教授就意识到我国工业能源结构不同而导致烟气污染物排放控制的特殊性。自2003年开始，他以此为使命，开始开展低温高硫烟气脱硝技术的研究和开发工作，希望有朝日破解这难题。
苦心志：披荆斩棘终获突破
据何洪教授介绍，目前，应用电力锅炉脱硝的催化剂体系为V2O5-WO3（或MoO3）/TiO2，该系列催化剂的运行温度为300℃～400℃。长期以来，学术界也在尝试研究非钒基SCR催化剂，但由于SCR催化剂的研究历史有50年之久，而目前工业界仍然使用的是钒基SCR催化剂，因此何洪教授等人意识到降低V2O5-WO3（或MoO3）/TiO2催化剂的运行温度可能是低温SCR催化剂开发的个可行的方向。
从调整催化剂表面酸碱性和微观结构出发，何洪教授团队经过多年的研究，得到了系列低温SCR催化剂的配方和制备工艺，该催化剂的工作温度区间拓展到160℃～400℃。基于低温SCR催化剂的基础配方，何洪教授团队又深入研究了蜂窝SCR催化剂的成型配方和成型技术。
蜂窝SCR催化剂的成型是生产SCR催化剂的核心技术，也是各个催化剂生产商的秘密，没有成熟的文献和报告可以参考。因此，何洪教授团队科技人员从陶瓷成型技术出发，仔细筛选每种成型助剂，研究它们的配伍和相互协调作用。经历了无数次的失败，他们从失败中寻找成功的线索，终掌握了低温SCR催化剂的成型配方和成型工艺，生产出了合格的低温SCR催化剂产品。
之后，为了完善和促进低温SCR催化剂的工业应用，何洪教授团队又进行了低温SCR工业脱硝工程技术的开发。从10吨工业燃煤锅炉脱硝实验出发，他们研究了温度、风速、NOx含量、灰分含量、水汽含量和O2含量对脱硝效率的影响，研究了SCR催化反应器设计、烟气均流、和还原剂喷射技术。
掌握了定工程数据之后，何洪教授团队承接了云南钛业集团酸洗线NOx去除系统的建设。云南钛业集团酸洗线由混酸酸洗槽、清洗槽、酸液循环罐等设备组成，在运行时产生含混合酸的废气，酸性废气由集气罩导入到酸雾洗涤塔，用10%的Na2CO3和NaOH的混合液吸收HF，然后废气通过风道式空气加热器加热至200℃，进入到SCR反应器中，废气中的NOx通过低温SCR催化剂去除。该系统脱硝效率高达90%，其系统的工程造价和运行成本远低于中高温SCR催化脱硝技术。
进市场：低温脱硝开路先锋
由于应用范围广泛，具有很好的市场远景，低温SCR脱硝技术很快受到工业界的高度重视。2012年，由康恩贝集团和些个人投资者投资，以北京工业大学的低温SCR催化剂生产技术为核心，北京方信立华科技有限公司在北京成立。该公司建设有条低温SCR催化剂生产线和低温SCR催化工程技术中试实验基地，并开始向工业脱硝市场提供低温SCR催化剂。目前，该公司正在开发与低温SCR催化剂相适应的工业低温脱硝技术，立志成为我国低温SCR脱硝技术的头羊。
今年，何洪教授团队和北京方信立华科技有限公司承接了湖北益泰药业有限公司的氧化制草酸工艺NOx尾气处理工程。湖北益泰药业有限公司位于湖北天门市，公司有两条氧化制草酸生产线，尾气总流量为8000～1000m3/h,尾气温度为30℃，NOX浓度为500～2000mg/Nm3，该氧化制草酸工艺NOx尾气温度低、NOx浓度高、水蒸汽含量高，脱硝工程困难大，何洪教授带团队科技人员和北京方信立华科技有限公司的工程技术人员认真分析脱硝工程存在问题，精心设计了低温脱硝技术工艺和设备，目前，该低温脱硝工程已建设完成，并通过了当地环保部门的验收。今年10月22日，环保部环境保护督查中心对该脱硝工程进行了检查，其测量的脱硝数据为，SCR脱硝反应器入口的NO、NO2和O2的浓度分别为410ppm、56ppm和18%，反应器出口的NO、NO2和O2的浓度分别为3ppm、0ppm和18%，反应器进出口温度为210和200℃。该氧化制草酸工艺NOX尾气处理系统具有异的脱硝活性，到达到了工程设计要求，是我国草酸行业第个使用国产低温SCR催化剂技术的脱硝工程。
尽管何洪教授团队在低温SCR催化剂研发方面获得了令业内十分关注的成绩，得到了工作温度低至160℃的高效低温SCR催化剂，但将其用于燃煤工业锅炉或其他含硫烟气的脱硝时遭遇到了个必须克服的障碍。脱硝过程中，含硫烟气中的部分SO2会氧化成SO3，在有水汽的条件下，SO3与NH3和反应生成硫酸氢氨（ABS），硫酸氢氨在低于220℃时，会在催化剂表面凝聚和富集，覆盖活性中心使SCR催化剂失活。
目前何洪教授团队正与北京方信立华科技有限公司合作解决低温SCR催化剂在低温高硫烟气脱硝应用的问题，正在开展的工作包括研究在低温SCR催化床层中ABS生成情况以及对SCR催化剂的伤害程度，研究烟气条件—ABS生成—SCR催化剂失效的规律，研究低温SCR催化脱硝设备的运行条件、控制方式、反应器设计化、SCR与脱硫除尘设备的耦合和低温SCR催化剂的原位再生技术。继往开来，他们将从催化材料、SCR脱硝工艺设计、设备化和原位再生技术出发，开发适合我国工业锅（窑）炉污染物排放控制的低温高硫烟气脱硝技术，以更进步为解决我国大气污染难题贡献新契机。
何洪，北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系教授，博士生导师。1956年生，1982年本科毕业于兰州大学化学系物理化学专业，1988 年硕士毕业于北京工业大学化学与环境工程学系多相催化专业，1996年博士毕业于香港浸会大学理学院物理化学专业。
兼任中国化学会催化委员会委员、中国稀土学会稀土催化专业委员会委员、自然基金委化学科学部环境化学专家评审组成员、全国专业标准化技术委员会委员、全国电工电子产品与系统的环境标准化技术委员会材料声明分技术委员会主任委员，及《工业催化》杂志编委、国联资源网行业专家、国际节能环保协会“学术与专家委员会”委员。
近五年，何洪导的团队承担 “863”项目2项，自然基金重点项目1项，自然基金面上项目1项，北京市自然基金重点项目2项和多项其他和企业委托的技术开发项目。目前为止，在国内外学术刊物上发表文章100余篇。2001年入选北京市跨世纪人才。
作为大城市空气中的要污染物，NOx与PM2.5复合是雾霾的主要成因之，严重危害着人民的身体健康和社会环境建设。为此，在2011年第十届全国人大四次会议上，《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出，在“十五”实施化学需氧量、二氧化硫排放分别减少10%目标基础上，新增加将“氨氮、氮氧化物排放分别减少10%”作为“十二五”经济社会发展的主要目标之。
何洪：低温SCR脱硝技术的开路先锋
面临大气的污染及严格的排放标准，加快研究氮氧化物的高效治理技术已是势在必行。在此，北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系何洪教授长期致力于低温SCR工业脱硝技术探索研究，他以解决非电力行业脱硝问题为出发点，以低温SCR催化材料为突破口，充分挖掘国内外先进技术理念，经历近十年不懈努力，终于开发出具有自主知识产权、脱硝效率高达90%、工程造价和运行成本远低于中高温SCR催化脱硝技术的低温SCR工业脱硝技术。
担使命：污染难题亟待解决
据悉，我国NOx排放主要来源于火力发电、交通运输和各种工业过程。近十年来，随着我国汽车工业的发展和执行日益严格的机动车排放标准以及三效催化剂和柴油车SCR催化技术的发展，交通运输行业的NOx排放得到了定的控制。近几年我国加大火电厂烟气NOx排放治理，对电力企业实行了脱硝电价补偿的政策，大地促进了电力行业脱硝的进程。
然而，非电力行业（包括自备电站）的NOx排放控制遭遇到了大的困难，因为非电力行业的工业锅（窑）炉设备（例如，工业锅炉、玻璃陶瓷炉窑、水泥炉窑、冶金烧结炉、炼焦和石化系统的裂解设备等）烟气以及涉及硝酸生产和使用的工艺过程废气的排放温度大多低于300℃，而目前电力行业使用的SCR脱硝催化剂的工作温度为300℃～400℃。因此，在非电力行业难以直接使用中高温（300℃～400℃）SCR催化工艺对NOx排放进行控制。
目前，工业上NOx排放控制的主流技术是选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR），前者的NOx净化效率较低，难以满足严格的排放标准，因此，SCR是实现“大气污染防治行动计划”目标的主要工程技术。我国的SCR脱硝催化剂生产技术和脱硝工程技术基本上来自于国外，虽然国外的技术相对成熟，但由于我国的能源结构与西方相差很大，煤炭能源占整个能源消耗的70%左右，其高硫高灰分的烟气的治理只依靠国外的技术难以解决，这问题在非电力行业脱硝域更为突出，如果不能解决非电力行业脱硝问题，那么到2017年，我国主要污染物排放强度减少30%的目标难以实现。
早在十年前，何洪教授就意识到我国工业能源结构不同而导致烟气污染物排放控制的特殊性。自2003年开始，他以此为使命，开始开展低温高硫烟气脱硝技术的研究和开发工作，希望有朝日破解这难题。
苦心志：披荆斩棘终获突破
据何洪教授介绍，目前，应用电力锅炉脱硝的催化剂体系为V2O5-WO3（或MoO3）/TiO2，该系列催化剂的运行温度为300℃～400℃。长期以来，学术界也在尝试研究非钒基SCR催化剂，但由于SCR催化剂的研究历史有50年之久，而目前工业界仍然使用的是钒基SCR催化剂，因此何洪教授等人意识到降低V2O5-WO3（或MoO3）/TiO2催化剂的运行温度可能是低温SCR催化剂开发的个可行的方向。
从调整催化剂表面酸碱性和微观结构出发，何洪教授团队经过多年的研究，得到了系列低温SCR催化剂的配方和制备工艺，该催化剂的工作温度区间拓展到160℃～400℃。基于低温SCR催化剂的基础配方，何洪教授团队又深入研究了蜂窝SCR催化剂的成型配方和成型技术。
蜂窝SCR催化剂的成型是生产SCR催化剂的核心技术，也是各个催化剂生产商的秘密，没有成熟的文献和报告可以参考。因此，何洪教授团队科技人员从陶瓷成型技术出发，仔细筛选每种成型助剂，研究它们的配伍和相互协调作用。经历了无数次的失败，他们从失败中寻找成功的线索，终掌握了低温SCR催化剂的成型配方和成型工艺，生产出了合格的低温SCR催化剂产品。
之后，为了完善和促进低温SCR催化剂的工业应用，何洪教授团队又进行了低温SCR工业脱硝工程技术的开发。从10吨工业燃煤锅炉脱硝实验出发，他们研究了温度、风速、NOx含量、灰分含量、水汽含量和O2含量对脱硝效率的影响，研究了SCR催化反应器设计、烟气均流、和还原剂喷射技术。
掌握了定工程数据之后，何洪教授团队承接了云南钛业集团酸洗线NOx去除系统的建设。云南钛业集团酸洗线由混酸酸洗槽、清洗槽、酸液循环罐等设备组成，在运行时产生含混合酸的废气，酸性废气由集气罩导入到酸雾洗涤塔，用10%的Na2CO3和NaOH的混合液吸收HF，然后废气通过风道式空气加热器加热至200℃，进入到SCR反应器中，废气中的NOx通过低温SCR催化剂去除。该系统脱硝效率高达90%，其系统的工程造价和运行成本远低于中高温SCR催化脱硝技术。
进市场：低温脱硝开路先锋
由于应用范围广泛，具有很好的市场远景，低温SCR脱硝技术很快受到工业界的高度重视。2012年，由康恩贝集团和些个人投资者投资，以北京工业大学的低温SCR催化剂生产技术为核心，北京方信立华科技有限公司在北京成立。该公司建设有条低温SCR催化剂生产线和低温SCR催化工程技术中试实验基地，并开始向工业脱硝市场提供低温SCR催化剂。目前，该公司正在开发与低温SCR催化剂相适应的工业低温脱硝技术，立志成为我国低温SCR脱硝技术的头羊。
今年，何洪教授团队和北京方信立华科技有限公司承接了湖北益泰药业有限公司的氧化制草酸工艺NOx尾气处理工程。湖北益泰药业有限公司位于湖北天门市，公司有两条氧化制草酸生产线，尾气总流量为8000～1000m3/h,尾气温度为30℃，NOX浓度为500～2000mg/Nm3，该氧化制草酸工艺NOx尾气温度低、NOx浓度高、水蒸汽含量高，脱硝工程困难大，何洪教授带团队科技人员和北京方信立华科技有限公司的工程技术人员认真分析脱硝工程存在问题，精心设计了低温脱硝技术工艺和设备，目前，该低温脱硝工程已建设完成，并通过了当地环保部门的验收。今年10月22日，环保部环境保护督查中心对该脱硝工程进行了检查，其测量的脱硝数据为，SCR脱硝反应器入口的NO、NO2和O2的浓度分别为410ppm、56ppm和18%，反应器出口的NO、NO2和O2的浓度分别为3ppm、0ppm和18%，反应器进出口温度为210和200℃。该氧化制草酸工艺NOX尾气处理系统具有异的脱硝活性，到达到了工程设计要求，是我国草酸行业第个使用国产低温SCR催化剂技术的脱硝工程。
尽管何洪教授团队在低温SCR催化剂研发方面获得了令业内十分关注的成绩，得到了工作温度低至160℃的高效低温SCR催化剂，但将其用于燃煤工业锅炉或其他含硫烟气的脱硝时遭遇到了个必须克服的障碍。脱硝过程中，含硫烟气中的部分SO2会氧化成SO3，在有水汽的条件下，SO3与NH3和反应生成硫酸氢氨（ABS），硫酸氢氨在低于220℃时，会在催化剂表面凝聚和富集，覆盖活性中心使SCR催化剂失活。
目前何洪教授团队正与北京方信立华科技有限公司合作解决低温SCR催化剂在低温高硫烟气脱硝应用的问题，正在开展的工作包括研究在低温SCR催化床层中ABS生成情况以及对SCR催化剂的伤害程度，研究烟气条件—ABS生成—SCR催化剂失效的规律，研究低温SCR催化脱硝设备的运行条件、控制方式、反应器设计化、SCR与脱硫除尘设备的耦合和低温SCR催化剂的原位再生技术。继往开来，他们将从催化材料、SCR脱硝工艺设计、设备化和原位再生技术出发，开发适合我国工业锅（窑）炉污染物排放控制的低温高硫烟气脱硝技术，以更进步为解决我国大气污染难题贡献新契机。
何洪，北京工业大学环境与能源工程学院化学化工系教授，博士生导师。1956年生，1982年本科毕业于兰州大学化学系物理化学专业，1988 年硕士毕业于北京工业大学化学与环境工程学系多相催化专业，1996年博士毕业于香港浸会大学理学院物理化学专业。
兼任中国化学会催化委员会委员、中国稀土学会稀土催化专业委员会委员、自然基金委化学科学部环境化学专家评审组成员、全国专业标准化技术委员会委员、全国电工电子产品与系统的环境标准化技术委员会材料声明分技术委员会主任委员，及《工业催化》杂志编委、国联资源网行业专家、国际节能环保协会“学术与专家委员会”委员。
近五年，何洪导的团队承担 “863”项目2项，自然基金重点项目1项，自然基金面上项目1项，北京市自然基金重点项目2项和多项其他和企业委托的技术开发项目。目前为止，在国内外学术刊物上发表文章100余篇。2001年入选北京市跨世纪人才。
