工业烟气脱硝技术现状研究
目 录
摘要 Abstract 引言
第1章 烟气脱硝技术方法
1.1选择性催化还原法（SCR ） 1.2选择性非催化还原法（SNCR ） 1.3液体吸收法 1.4催化分解法 1.5吸附法 1.6微生物法
1.7等离子体治理技术 1.8氧化法
第2章 脱硝技术在实际中的应用
2.1脱硝技术的应用方向 2.1.1燃煤电厂 2.1.2水泥厂 2.1.3硝酸工业 2.1.4玻璃工业
2.2选择性催化还原法（SCR ） 2.2.1催化剂 2.2.2还原剂 2.2.3硝酸工业 2.2.4燃煤电厂
I II 1 2 2 3 3 4 4 4 4 5 7 7 7 7 7 7 8 8 9 10 10
2.2.5水泥厂 2.2.6钢铁行业 2.2.7 SCR的负面影响
2.3选择性非催化还原法（SNCR ） 2.3.1燃煤电厂 2.3.2水泥厂
2.4氨法脱硝技术
2.4.1燃煤电厂 2.5吸附法 2.5.1钢铁行业 2.5.2燃煤电厂 2.6等离子体治理技术 2.6.1燃煤电厂
结论 致谢 参考文献
10 10 11 11 11 11 12 12 12 12 12 13 13 16
错误！未定义书签。17
工业烟气脱硝技术研究现状
摘要: 随着我国经济的快速的增长，工业烟气的排放也大大增加。而氮氧化物(NOX ) 作为工业烟气排放中的一种主要污染物困扰着人们。因为NO X 的治理技术在燃烧方式上和燃烧前处理这两方面未能取得突破性研究所以烟气脱硝是控制大气中NO X 含量减少的重要解决办法。本文主要介绍了催化分解法、液体吸收法、等离子体技术、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、微生物法、氧化法和吸附法等一些氮氧化物工业烟气技术的优缺点及应用方向。对主要应用于实际的SCR 与SNCR 两种技术进行了比较，分析出若有新型催化剂的出现SCR 可能会取代SNCR 。而微生物法与等离子体法虽无法大量应用于实际生产中，但是两者都有高脱硝效率并且没有二次污染，会成为烟气脱硝治理技术的主要研究方向。
关键词: 烟气脱硝 氮氧化物 SCR 催化剂
Research Status of Industrial Flue Gas Denitrification Technology
Abstract: With the development of China's economy, the emission of industrial flue gas has been increasing greatly . People are sufferring from Nitrogen oxides (NOX ), as a major pollutant in industrial flue gas emissions . Because NOX 's governance technology has failed to achieve groundbreaking research on both combustion and pre-combustion processes, flue gas denitrification is an important solution to control NOX reduction in the atmosphere. In this paper, the catalytic decomposition method, liquid absorption method, plasma technology, selective catalytic reduction (SCR), selective non-catalytic reduction (SNCR), microbial method, oxidation and adsorption and so on. This article describes the advantages and disadvantages and application direction. In this paper, the main application of the actual SCR and SNCR two technologies were compared to analyze the emergence of a new type of catalyst SCR may replace the SNCR. Although the microbial and plasma methods can not be widely used in the actual production, but both have high denitrification efficiency and no secondary pollution, will become the main research direction of flue gas denitrification technology. Key words: Flue gas denitrification;Nitrogen oxides;SCR; Catalyst
引 言
氮氧化物是造成大气污染的首要污染源之一。氮氧化物分为很多种：NO 、N 2O 3、NO 2、N 2O 5、N 2O 4等几种。这几种污染源中，NO 和NO 2是主要污染大气的氮氧化物。这些污染物的来源分为两方面：一些是固定源化石燃料的燃烧，如燃煤电厂、硝酸工业、水泥厂等；另一些是移动源的排放，如汽车飞机等[1]。由于这些氮氧化物会对大气和人类的生活和身体产生严重的影响和危害，国外的一些学者早早地就开始研究物体燃烧排放NO X 的进程与控制燃烧后NO X 的产生量。而我国国内的工业快速发展使得国内工业烟气排放量远大于国外从而导致NO X 的排放量也比国外大得多。氮氧化物（NO X ）不仅会破坏臭氧层而且还会引起硝酸型酸雨与光化学烟雾[2-3]。我国的烟气脱硝治理已经迫不容缓了。
烟气脱硝是处理燃烧后烟气中生成的氮氧化物的一种方法。烟气脱硝控制技术可以大抵分为首要和次要技术。主要控制技术改变现有的燃烧方法以限制NOx 的生产，其包括各种物理和化学方法，而次级NOx 控制技术涉及使用化学还原剂如氨或尿素来对烟道气中的NOx 进行化学还原[4]。另外，建议进行广泛的研究和开发工作，以改良现有的控制及消除NOx 的技术。
第1章 烟气脱硝技术方法
烟气脱硝技术有选择性催化还原法、选择性非催化还原法、液体吸收法、催化分解法、吸附法、微生物法、等离子体治理技术、氧化法等几类。
1.1选择性催化还原法（SCR ）
选择性催化还原是在氧气的存在下，还原剂先与废气中的NO 反应的催化过程。SCR 是现在仅有的能在氧化氛围下脱除NO 的使用方法。SCR 的脱硝剂主要有三种，分为尿素、氨水和液氨。尿素安全方便但是所需的经济费用却是最高。氨水好运输但是费用也不便宜，而液氨除了储存条件不方便外其他各方面都很优异[5-6]。影响SCR 脱硝效率高低的因素主要是催化剂、反应温度、氧含量和氨的逸出浓度[7]。
其主要反应式如下：
4NO+4NH3+O2→4N 2+6H2O (1-1) 2NO 2+4NH3+O2→2N 2+6H2O (1-2) 6NO+4NH3→5N 2+6H2O (1-3) 6NO 2+8NH3→7N 2+12H2O (1-4)
在V 2O 5-TiO 2作为催化剂的催化下用NH 3作还原剂来减少固定位置所排放出来的NO 。选择性指的是还原剂不与烟气中的O 2发生反应，而是与NO X 反应生成水和N 2[8]。在SCR 技术中比较能广泛应用在各行各业的是低温SCR 技术，而抑制低温SCR 技术的推广原因还是催化剂与催化剂载体，并且还要进行试验研究以确定水蒸气在低温下对催化剂的影响以及其他参数的变化情况[9]。
图1.1 NH3-SCR 技术选择性催化还原反应原理图(引用于文献[6])
1.2选择性非催化还原法（SNCR ）
比拟于SCR ，SNCR 由于没有催化剂的帮助所以其反应温度要高达900~1200℃。这使得在反应进行的同时温度也要控制的刚好，以免将氨氧化为氮氧化物。SNCR 在没有催化剂催化的状态下加入NH 3或尿素等还原剂从而产生还原反应。由于SNCR 反应温度较高，所以SNCR 适用不完全再生且NO X 含量较低的催化裂化装置[10]。SNCR 在实际应用中已经有了广泛的应用，这要得益于该技术不需要催化剂、安装成本低、适应性广等优点
[11]
。其反应方程式为： NH 3为还原剂
(1-5)
尿素为还原剂
2(NH2) 2CO+2NO2+O2→3N 2+2CO2+4H2O
(1-6)
2(NH2) 2CO+4NO+O2→4N 2+2CO2+4H2O (1-7)
若温度过高，NH 3则被氧化成NO ，其化学方程式为
4NH 3+5O2→4NO+6H2O (1-8)
1.3液体吸收法
液体吸取NO X 的方式有许多，利用也很普遍。水、稀硝酸、浓硫酸、碱溶液都可以吸取NO X ，而NO 基本上不溶于水和碱溶液所以能在相关的吸收方式上再接上吸收还原、
氧化吸收和综合吸收等来增加NO 的净化效力。液体吸收法有其相应的优缺点，优点在于工艺与设备简单，投资少，通常还能回收NO X 用来制备亚硝酸盐或硝酸盐产品以及对烟气中NO X 的浓度适应性强，而缺点是显而易见的，氮氧化物的净化效果不好[12-13]。
在上述的几种液体中，就属碱溶液的吸收结果最佳。由钠、钾、镁、铵等离子的氢氧化物或弱酸盐溶液制备而成的碱液与NO X 作用产生亚硝酸盐或硝酸盐。在用液体吸收法时对NO/NO2的比例有一定的要求，而且吸收效率不高会导致有时无法达到排放要求，因此碱液吸收法需要进行进一步的研究，以符合现在烟气脱硝的要求。
1.4催化分解法
因为NO 分化为N 2和O 2的反应活化能高达364KJ/mol，是以必须选择合适的催化剂来下降活化能，如此才能实现分解反应。而现知的催化剂主要有贵金属、金属氧化物、钙钛矿型复合氧化物和金属离子交换的分子筛等。随着对该反应催化剂研究的深入相信在不久的将来该方法会成为费用低且方法简单的脱硝方法。
1.5吸附法
吸附法的道理是采用吸附剂对NO X 的吸附来下降NO X 的排放量。周期性的转变操作温度与压力可以节制NO X 的吸附与解吸，使得NO X 从烟气中剥离出来，这类技术属于干法脱硝技术。由于吸附材料的区别可分为氧化铜（CuO ）法、NO X SO 法、炭质材料法等
[14]
。由于再生方法的不同吸附法可分为变温吸附法和变压吸附法。吸附法的优缺点相当
的明显，缺点是：吸附量小、吸附剂耗量大、费用高等，优点是：设别简单、操作方便、净化效率高[15]。
1.6微生物法
在外加碳源的条件下，相宜的脱氮菌采用NO X 作为氮源，将NO X 还原为N 2，而脱氮菌则由此取得氮源生长繁殖，这便是微生物法烟气脱硝。微生物法的处置装配主要有生物过滤塔、生物转鼓、生物滴滤塔、生物洗涤塔等。要提升微生物法对NO X 的净化率可以提高单位体积内微生物浓度以及控制其PH 、湿度、温度来达到最好的状态。该方法在能耗和设备上都相对较低，而且脱硝效率高没有二次污染，但是就目前微生物法的研究现状来看，还是无法广泛应用到工业上[16]。
1.7等离子体治理技术
等离子体是含有大量电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等构
成的物质的第四种形态。其总正负电荷数相等宏观上呈电中性，但具备导电和受电磁影响的特点，表现出很高的化学活性。等离子体可通过高压脉冲放电在常温常压下获得。等离子中的各种高能电子和活性粒子可与烟气中的有害或无害物质发生反应，在极短时间内去除NO X 使其净化效率达到80％左右。等离子脱硝技术相比较其他脱硝工艺来说有很大的优点，例如不会有第二污染物产生，而且占地面积小同时可以消除烟气中大部分的污染物。但是没有在实际应用中大量应用的原因是等离子本身消耗的能量过高，不能大量推广[17]。
1.8氧化法
氧化法是运用各类氧化剂如：臭氧、次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水等将烟气中的NO X 氧化成N 2O 5，然后N 2O 5溶于水生成HNO 3，HNO 3再与NaOH 反应从而达到脱硝的目的。在这些氧化剂中运用最为广泛的是O 3。臭氧氧化法需要先将排放出来的烟气降低到100℃左右，再将O 3通入其中与氮氧化物反应再用碱性溶液吸收，这样就达到脱硝的目的[18]。这几种现有的烟气脱硝技术各自有相应的优缺点以及在应用方向上的不同，现归纳如下，见表1.1。
表1.1烟气脱硝技术比较
烟气脱硝技术 SCR 法
优点 脱硝高效稳定
缺点 受烟气成分影响大；催化剂昂贵；催化剂需要更换
SNCR 法
操作简单；还原剂
安全易得
受烟气影响大，脱硝效率不稳定；还原剂容易造成烟道腐蚀和堵塞；容易造成二次污染
液体吸收法
操作简单；能耗低 吸收溶剂消耗量大 对烟气中氮氧化物
适应性强
催化分解法
工艺简单；经济性
好
吸附法
工艺简单效率高；吸附后产物可富集
利用
微生物法
无二次污染
受脱氮菌生长条件
影响
等离子体法
占地面积小；能去除烟气中大部分污
染物
氧化法
氧化剂易寻找；操
作简单
烟气中所含成分不能过于复杂
温度不宜过高
80％以上
等离子体本身能量
过高
烟气量小，温度不
能过高 适合含有不同污染
物的烟气
80％左右 80％以上
催化剂种类少，易
中毒 解吸附/再生过程
复杂
比较适合低浓度，气量小的烟气
—
烟气中含尘量较少
90％以上 80％以上
使用高温烟气；可根据烟气浓度调整
操作参数
25％~50％
适用性 对烟气温度有一定
要求
脱硝效率 80％以上
第2章 脱硝技术在实际中的应用
2.1脱硝技术的应用方向
各类脱硝技术方式在现实的应用上的选择也各不相同。在工业烟气的脱硝上主要运用在以下几个方面：燃煤电厂、水泥厂、硝酸工业、钢铁行业等。根据不同的行业的不同特点选择相对经济实用的脱硝技术是很有必要的。脱硝工艺的实际应用要考虑到这些方面：脱硝剂的来源要可靠、设备运行可靠、技术成熟、运行费用不得过高等[19]。
2.1.1燃煤电厂
作为发展中国家，我国的电力来源首要来自燃煤发电。而燃煤造成的环境污染已经日趋严重，而在各种污染物中氮氧化物是一个不容忽视的存在，因此要研究各种烟气脱硝方法，用来保护环境[20]。通过燃煤来发电的模式会导致有大量的由煤炭燃烧引发的氮氧化物）（NO X ）、二氧化硫（SO 2）以及大量的灰尘。在没有新能源的介入下，煤作为现阶段使用量最大的化石能源在燃烧后产生的氮氧化物能占到NO X 排放比例的67％以上[21]。脱硝技术在燃煤电厂上的应用受到催化剂和接触时间的影响[22]。目前情况，国内对于燃煤放出的SO 2进行了控制，但是对NO X 的排放控制还不够。若不再采取相关措施，氮氧化物的排放会成为又一困扰环境的巨大问题[23]。
2.1.2水泥厂
水泥厂在制造水泥的过程中会带来许多的环境污染，而在氮氧化物的排放上，已经成为第三名，仅次于燃煤电厂与汽车尾气的排放[24]。
2.1.3硝酸工业
在制备硝酸的产业中会有氮氧化物的生成，主要包括NO 2和NO 。这些气体的逃脱会对大气造成一定程度上的破坏而且也使得在硝酸的制备中的氨耗增加，是成本消耗加大。因此，在对硝酸制备的尾气进行脱硝处理是很有必要的，不仅能保护环境而且还可以减少成本的投入，一举两得。在制备硝酸的工业生产中排放的工业尾气的主要污染物为氮氧化物。治理这种尾气的方法主要为选择性催化还原法（SCR ），添加还原剂使NO X 转化为N 2，以及化学吸附法，将工业烟气中的NO X 直接转化为NO 3－或NO 2－，然后回收[25]。
2.1.4玻璃工业
在制作玻璃的过程中需要远高于水泥厂的燃烧温度，因此在排放出的氮氧化物的量非常大，高达数千毫克每标立方。依据玻璃窑的特点来选择的烟气脱硝技术要具有以下几点
要求：粉尘的适应性、碱性氧化物的影响、脱硝效率要求以及对窑内温度、风量和压力的影响[26]。而对烟气的脱硝工艺选择上主要是SCR 和SNCR 这两种，而SNCR 工艺中向玻璃窑中添加氨会影响到玻璃的质量，因此，玻璃制备行业主要使用的是SCR 烟气脱硝技术[27]。
图2.1 平板玻璃工业窑炉SCR 脱硝中试系统设计图(引用于文献[27])
2.2选择性催化还原法（SCR ）
2.2.1催化剂
在SCR 脱硝技术中最为主要的就是催化剂。在高温催化剂中主要有以下几类：分子筛类催化剂、金属氧化物类催化剂、钛锆复合氧化物类催化剂等[28-29]。在现代工业的应用中，催化剂要求要具有耐硫抗水、在比较低的温度下能保持活性以及对N 2的选择性[30-31]。具有抵抗烟气中其他物质引起中毒的性能、压力损失低、寿命长和成本低等特点[32]。
而从外形上分，分为波浪式、蜂窝式和平板式。在这三者之中，平板式的SCR 脱硝效率最好。具有抗粉尘冲刷和抗堵塞的优异性能[33-34]。而蜂窝式整体催化剂是属于均质催化剂，就算表面受到严重的腐蚀，其也能保持催化活性[35]。催化剂的制备要按化学计量比来对原料进行配比，之后再进行混料、烘干、焙烧等工艺[36]。催化剂最好要能不被烟气中的其他物质毒化，尤其是SO 2，也要有选择性的促进主要反反应的进行，在其极其高的反应温度下也要具有结构热稳定性，符合这些条件的才是一种合格的催化剂[37]。
目前，我国国内发电厂主要适用SCR 催化剂是由TiO 2做载体，V 2O 5做活性物质，
WO 3或MoO 3作助催化剂配方。这种催化剂由于NH 3呈碱性所以可以将其大量的吸附到催化剂表面从而使反应更容易发生[38]。在这种催化剂中加入10％的活性炭会在一定程度上提高催化剂的性能[39]。
催化剂的多种多样也使得SCR 能适用于多种情况，而以六铝酸盐做催化剂，在Fe 和Mn 离子的协同作用下使催化剂的活性更好[40]。在现有的以NH 3为催化剂的基础上，业界正在探索更多催化剂的应用如：CH 4、C 3H 6等有机物[41]。
对催化剂的性能产生直接影响的有以下几个方面：温度、空气流动速度、氨氮比、氧含量、水蒸气、NO 进口浓度等[42]。最近，复旦大学已经研制出具有超长寿命的脱硝催化剂，其拥有抗SO 2和碱金属的性能以及能够在多种极端环境下保持较高活性的能力。该催化剂能够广泛应用于电厂、重工业等地方，减少氮氧化物的排放。
催化剂载体主要分为如下三种：碳基材料载体、氧化物载体和复合氧化物载体。 TiO 2作为SCR 技术催化剂的载体是比较成熟的。它能显著降低催化剂的成本，以TiO 2为载体的V 2O 5催化剂能使SCR 的脱硝效率达到80％以上，因此以TiO 2为载体的催化剂是符合一些工厂脱硝的要求，可以应用到实际上的[43]。活性炭不仅是一种杰出的吸附剂，并且也可以做催化剂的载体。活性炭的优点在于便宜好买而且能够循环使用[44]。相比于活性炭，活性炭纤维（ACF ）更能因为其特殊的微孔结构使吸附分子直达吸附位置从而使得吸附速率加快而且其还有更大的外表面积和比表面积[45]。
在SCR 催化剂的使用中，催化剂会有损耗，时间过长后催化剂就不会再有相应的催化作用，就是催化剂失活。而使这些已失活的催化剂再生就相对的减少了在这方面资金的投入，可以促进脱硝产业的发展，从而减少氮氧化物的排放，改善空气质量。催化剂的失活原因有以下几种：催化剂中毒、高温引起的活性组分挥发、机械磨损和催化剂堵塞[46]。失活后的催化剂会直接影响脱硝工艺的反应进行从而影响脱硝效率，而且还会影响工艺流程中NH 3的逃逸率[47]。催化剂再生技术的主要流程是：诊断失活缘由、清扫、疏松、复孔、强化、活化和热处理。经过这些流程后催化剂基本再生[48]。在脱硝催化剂的再生产过程中也会生成一定的污染物。这些污染物主要包括：大量灰尘、废水、废渣与污泥等。而这些污染物也要采取相应的环境治理措施来消除污染[49]。
2.2.2还原剂
在SCR 还原剂的选择上也是多种多样的，而由还原剂的不同也可以有相应的还原法。还原剂主要分为CH 4、NH 3、CO 和H 2这几种[50]。除此之外，还原剂还需要有选择性的只与烟气中的NO X 反应而且要有高反应性，成本也不能过高。
2.2.3硝酸工业
SCR 在费用上以及氮氧化物的净化效率上占有很大优势。通过SCR 法处理过的尾气，NO X 的含量可以达到国家规定值之下。但是这种方法会增加硝酸制备中的消耗，运行费用也有点高。
2.2.4燃煤电厂
由于选择催化还原法(SCR)在现有的烟气脱硝技术中是最成熟的并且脱硝效率很高，因此SCR 技术能以广泛应用到各行各业。在烟气脱硝的过程中未加入反应的NH 3会和SO 2反应生成（NH 4）2SO 4和NH 4HSO 4，这两种物质会使氨的利用率下降以及侵蚀和堵塞设备，并且烟气中的某些污染物会使催化剂中毒，从而中断反应的进行。优点在于SCR 设备运行可靠，脱硝率高，无二次污染，反应温度低等[51]。SCR 脱硝装置由不同的安装地址可以分为三种布置方式，尾部布置、低尘布置方式和高尘布置方式。在燃煤电厂的应用上采取高尘布置方式，这能使得反应温度能够达到SCR 催化剂的活性温度[52]。在安装相应的设备是要考虑到SCR 的安装场地以及与之相配合的仪器等。这些会在实际情况中给使用者带来不必要的麻烦[53]。
SCR 所发生的反应属于气固相表面催化反应，其过程是吸附、扩散和表面反应的综合。影响这些反应的速率分三种情况：一、在拥有相当小的催化剂颗粒以及足够大的气体流速的前提下表面反应控制总的反应速率。二、当反应的活化能很大时，吸附速度会变得相当慢，从而是整个反应速度变慢，这样就控制了整个反应的速率。三、当催化剂床层较薄以及烟气流速过慢时，气体的外扩撒速率会控制整个反应的速率。
2.2.5水泥厂
在我国的水泥生产过程中，会有大量的氮氧化物排放到大气中，对环境造成了巨大的污染。在水泥窑NO X 的减排技术上有两种方法：在源头控制与对产生的烟气进行处理。相比较于其他的烟气脱硝方法选择性催化还原法（SCR ）具有结构简单、运行稳定、操作简单、无二次污染等优点。由于水泥窑的环境温度不高，因此研究出低温SCR 催化剂迫在眉睫，随着低温SCR 催化剂的开发和应用，相信SCR 烟气脱硝技术在水泥窑方面的广泛应用也会到来[54]。现有的低温催化材料是MnO X /TiO2，该催化剂可以在90℃~180℃之间进行脱硝催化，因此很适用于水泥厂的生产中[55]。
2.2.6钢铁行业
相比较于SCR 的两种操作方式：低尘低硫操作和高尘操作方式。钢铁厂的烧结只能采用第一种方式。但SCR 属于干法没有废水的产生以及废料主要为失效的催化剂所以这
种方法很适合烧结过程，只不过在运行过程中需要能量的输入[56]。按照脱硝效力的要求可以选择催化剂的布置层数，脱硝效率在50％以下时，可以布置一层。脱硝效率为75％时，催化剂布置为两层。这样可以有效的节约资金[57]。
2.2.7 SCR的负面影响
SCR 作为使用最为广泛的烟气脱硝系统也是有比较多的负面影响的。SCR 会有以下几种负面影响：一、对引风机造成腐蚀；二、会致使散热消耗增大；三、在空预器蓄热元件表面结垢，降低其工作效率；四、氨和氨水在运输过程中可能受到外界因素导致泄漏，发生意外[58]。
2.3选择性非催化还原法（SNCR ）
2.3.1燃煤电厂
SNCR 技术相比较于SCR 来说，不需要加入催化剂，从而减少了许多相应的附属设备。但是在实际操控中，需要将还原剂直接与NO X 接触，使其还原成N 2从而达到脱硝目的[59]。在该反应中，所需的反应温度要很高，因此这也是在实际中所要克服的问题。SNCR 还要防止在反应中氨的逃逸现象。不过，SNCR 在费用上要远低于SCR [60]。在实际应用中，不同的反应温度要选择的不同的还原剂，在850-1100℃时，要用氨作还原剂，在850-1250℃时，要用尿素作还原剂[61]。
2.3.2水泥厂
由于水泥厂的产量以及规模之大，所以选择经济适用的脱硝技术是很必要的。而SNCR 在成本上要远低于其他的脱硝技术，在脱硝效率上也可以达到60％左右[62]。SNCR 脱硝工艺在水泥厂的实际应用中影响脱硝效率的因素有氨水喷入位置、温度、反应剂、停留时间、反应剂与烟气的混合程度以及吸收剂与NO X 的摩尔比[63]。在水泥行业加入脱硝系统后会使每吨水泥成本增加10元以上，为了成本使用低NO X 燃烧和SNCR 相结合更有利于推广[64]。在SNCR 的实际运行中，氨氮比（NSR ）、氧含量、氨逃逸等因素会直接影响到脱硝效率，因此要严格调整相应参数，使脱硝效率达到最高[65]。
图2.2 水泥窑SNCR 脱硝流程图(引用于文献[24])
2.4氨法脱硝技术
2.4.1燃煤电厂
氨法脱硝是用氨（NH 3）作为吸收材料，将氮氧化物（NO X ）转化为氮气（N 2）从而使排放的烟气符合排放要求。氨法脱硝的技术优势在于：一、氨的利用充分并且脱硝的效率高；二、氨法工艺的热利用效率高；三、反应过程完成后无废水废渣；四、在脱硝的过程中也会除去烟气中的SO 2[66]。而作为该技术的关键点氨，在运输过程中有很大的危险。因为液氨挥发产生的氨气会与空气混合从而引发爆炸，其爆炸范围在15.7％~27.4％。液氨也会对人的眼睛皮肤起到强烈的刺激，因此一定要在运输过程当中小心谨慎。
2.5吸附法
2.5.1钢铁行业
将排烟机的除尘、脱硫、脱硝三种集于一身是活性炭吸附法的特色。向烟气喷洒NH 3然后通入到活性炭床使污染物被活性炭吸收，之后再通过水和蒸汽来使活性炭达到再生的效果，从而循环使用。这种方法的脱硝效率可达到80％~90％之多。与活性炭同为炭基材料的活性焦不仅和活性炭一样具有多孔以及大表面积的优点，而且它容易制备和实惠[67]。
2.5.2燃煤电厂
通过以下的吸附剂：天然沸石、硅胶、活性炭、分子筛和泥煤等来脱除NO X 的方法。
这种方法虽然脱硝效率很好但是所需要的场地、设备、吸附剂量较大。所以在现实生产中使用很少[68]。
2.6等离子体治理技术
2.6.1燃煤电厂
在高能电子产生等离子体中加入一些甲烷气、氨气和水蒸气来和燃煤电厂排放的含有SO 2和NO X 的燃煤烟气反应，将烟气中的酸性气体转变为无害的气体或其他生成物，从而达到烟气脱硝的目的。而NO X 的脱除率与施加放电电能与放电电流有关，施加放电电能与放电电流越大则脱硝率越大。等离子体治理技术在脱销的同时还能脱硫，而且不会产生废水与废料。但是在处理大量烟气时会产生X 射线对人体造成伤害。经过进一步的研究，脉冲电晕法完善了电子束法的缺点，在脱硝过程中不会再产生X 射线，减少对人的辐射[69]。
结 论
本文介绍了关于工业脱硝的方法和各方法的优缺点等，并且对烟气脱硝的未来研究方向有了大致了解和介绍。
氮氧化物因工厂与汽车的排放已经成为主要的空气污染物。治理氮氧化物已经到了刻不容缓的地步。而氮氧化物的治理不仅要在烟气排放阶段减少氮氧化物的排放，还要在氮氧化物生成的源头进行管控即采用低氮燃烧方法使氮氧化物生成量减少。
国内采取的几种治理烟气脱硝的工艺流程主要就是SCR 与SNCR ，两者对低温与高温的互补基本能应对大多数的烟气脱硝的实际情况，而这两种在进行烟气脱硝工艺中会腐蚀引风机并且会有氨逃逸的发生。在对SCR 技术的研究中，重中之重的就是对新型催化剂和催化剂载体的研制以及催化剂再生技术的改善。尤其是低温SCR 催化剂的研制，这能使SCR 技术的应用性更加的广泛。而SCR 在脱硝效率上远高于SNCR ，因此在新型催化剂研制出来的情况下，SCR 可能会适用于各种苛刻条件从而取代SNCR 。
相比于SCR 与SNCR ，微生物法与催化分解法则是将来烟气脱硝治理的主要发展方向。微生物法是将NO X 作为氮源提供给脱氮菌，使其繁殖生长，而NO X 则被还原为N 2。这种方法具有高脱硝效率以及没有二次污染等优点，但是在工业应用上，微生物法无法适应高温，因此研究耐高温的脱氮菌是这一方法的主要研究方向。催化分解法能够将NO 分化为N 2与O 2，在分解过后没有二次污染物的产生，并且脱硝效率高，但是该方法所使用的催化剂都比较昂贵，因此研制价格低廉的催化剂会使这种方法得到广泛应用。
在实际生产中不仅要选择有效科学的烟气脱硝处理工艺的前提下，还要建立严密的空气质量监测系统，保障各部分的稳定运行，使烟气中的氮氧化物含量符合相关标准。
参考文献
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19
工业烟气脱硝技术现状研究
目 录
摘要 Abstract 引言
第1章 烟气脱硝技术方法
1.1选择性催化还原法（SCR ） 1.2选择性非催化还原法（SNCR ） 1.3液体吸收法 1.4催化分解法 1.5吸附法 1.6微生物法
1.7等离子体治理技术 1.8氧化法
第2章 脱硝技术在实际中的应用
2.1脱硝技术的应用方向 2.1.1燃煤电厂 2.1.2水泥厂 2.1.3硝酸工业 2.1.4玻璃工业
2.2选择性催化还原法（SCR ） 2.2.1催化剂 2.2.2还原剂 2.2.3硝酸工业 2.2.4燃煤电厂
I II 1 2 2 3 3 4 4 4 4 5 7 7 7 7 7 7 8 8 9 10 10
2.2.5水泥厂 2.2.6钢铁行业 2.2.7 SCR的负面影响
2.3选择性非催化还原法（SNCR ） 2.3.1燃煤电厂 2.3.2水泥厂
2.4氨法脱硝技术
2.4.1燃煤电厂 2.5吸附法 2.5.1钢铁行业 2.5.2燃煤电厂 2.6等离子体治理技术 2.6.1燃煤电厂
结论 致谢 参考文献
10 10 11 11 11 11 12 12 12 12 12 13 13 16
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工业烟气脱硝技术研究现状
摘要: 随着我国经济的快速的增长，工业烟气的排放也大大增加。而氮氧化物(NOX ) 作为工业烟气排放中的一种主要污染物困扰着人们。因为NO X 的治理技术在燃烧方式上和燃烧前处理这两方面未能取得突破性研究所以烟气脱硝是控制大气中NO X 含量减少的重要解决办法。本文主要介绍了催化分解法、液体吸收法、等离子体技术、选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、微生物法、氧化法和吸附法等一些氮氧化物工业烟气技术的优缺点及应用方向。对主要应用于实际的SCR 与SNCR 两种技术进行了比较，分析出若有新型催化剂的出现SCR 可能会取代SNCR 。而微生物法与等离子体法虽无法大量应用于实际生产中，但是两者都有高脱硝效率并且没有二次污染，会成为烟气脱硝治理技术的主要研究方向。
关键词: 烟气脱硝 氮氧化物 SCR 催化剂
Research Status of Industrial Flue Gas Denitrification Technology
Abstract: With the development of China's economy, the emission of industrial flue gas has been increasing greatly . People are sufferring from Nitrogen oxides (NOX ), as a major pollutant in industrial flue gas emissions . Because NOX 's governance technology has failed to achieve groundbreaking research on both combustion and pre-combustion processes, flue gas denitrification is an important solution to control NOX reduction in the atmosphere. In this paper, the catalytic decomposition method, liquid absorption method, plasma technology, selective catalytic reduction (SCR), selective non-catalytic reduction (SNCR), microbial method, oxidation and adsorption and so on. This article describes the advantages and disadvantages and application direction. In this paper, the main application of the actual SCR and SNCR two technologies were compared to analyze the emergence of a new type of catalyst SCR may replace the SNCR. Although the microbial and plasma methods can not be widely used in the actual production, but both have high denitrification efficiency and no secondary pollution, will become the main research direction of flue gas denitrification technology. Key words: Flue gas denitrification;Nitrogen oxides;SCR; Catalyst
引 言
氮氧化物是造成大气污染的首要污染源之一。氮氧化物分为很多种：NO 、N 2O 3、NO 2、N 2O 5、N 2O 4等几种。这几种污染源中，NO 和NO 2是主要污染大气的氮氧化物。这些污染物的来源分为两方面：一些是固定源化石燃料的燃烧，如燃煤电厂、硝酸工业、水泥厂等；另一些是移动源的排放，如汽车飞机等[1]。由于这些氮氧化物会对大气和人类的生活和身体产生严重的影响和危害，国外的一些学者早早地就开始研究物体燃烧排放NO X 的进程与控制燃烧后NO X 的产生量。而我国国内的工业快速发展使得国内工业烟气排放量远大于国外从而导致NO X 的排放量也比国外大得多。氮氧化物（NO X ）不仅会破坏臭氧层而且还会引起硝酸型酸雨与光化学烟雾[2-3]。我国的烟气脱硝治理已经迫不容缓了。
烟气脱硝是处理燃烧后烟气中生成的氮氧化物的一种方法。烟气脱硝控制技术可以大抵分为首要和次要技术。主要控制技术改变现有的燃烧方法以限制NOx 的生产，其包括各种物理和化学方法，而次级NOx 控制技术涉及使用化学还原剂如氨或尿素来对烟道气中的NOx 进行化学还原[4]。另外，建议进行广泛的研究和开发工作，以改良现有的控制及消除NOx 的技术。
第1章 烟气脱硝技术方法
烟气脱硝技术有选择性催化还原法、选择性非催化还原法、液体吸收法、催化分解法、吸附法、微生物法、等离子体治理技术、氧化法等几类。
1.1选择性催化还原法（SCR ）
选择性催化还原是在氧气的存在下，还原剂先与废气中的NO 反应的催化过程。SCR 是现在仅有的能在氧化氛围下脱除NO 的使用方法。SCR 的脱硝剂主要有三种，分为尿素、氨水和液氨。尿素安全方便但是所需的经济费用却是最高。氨水好运输但是费用也不便宜，而液氨除了储存条件不方便外其他各方面都很优异[5-6]。影响SCR 脱硝效率高低的因素主要是催化剂、反应温度、氧含量和氨的逸出浓度[7]。
其主要反应式如下：
4NO+4NH3+O2→4N 2+6H2O (1-1) 2NO 2+4NH3+O2→2N 2+6H2O (1-2) 6NO+4NH3→5N 2+6H2O (1-3) 6NO 2+8NH3→7N 2+12H2O (1-4)
在V 2O 5-TiO 2作为催化剂的催化下用NH 3作还原剂来减少固定位置所排放出来的NO 。选择性指的是还原剂不与烟气中的O 2发生反应，而是与NO X 反应生成水和N 2[8]。在SCR 技术中比较能广泛应用在各行各业的是低温SCR 技术，而抑制低温SCR 技术的推广原因还是催化剂与催化剂载体，并且还要进行试验研究以确定水蒸气在低温下对催化剂的影响以及其他参数的变化情况[9]。
图1.1 NH3-SCR 技术选择性催化还原反应原理图(引用于文献[6])
1.2选择性非催化还原法（SNCR ）
比拟于SCR ，SNCR 由于没有催化剂的帮助所以其反应温度要高达900~1200℃。这使得在反应进行的同时温度也要控制的刚好，以免将氨氧化为氮氧化物。SNCR 在没有催化剂催化的状态下加入NH 3或尿素等还原剂从而产生还原反应。由于SNCR 反应温度较高，所以SNCR 适用不完全再生且NO X 含量较低的催化裂化装置[10]。SNCR 在实际应用中已经有了广泛的应用，这要得益于该技术不需要催化剂、安装成本低、适应性广等优点
[11]
。其反应方程式为： NH 3为还原剂
(1-5)
尿素为还原剂
2(NH2) 2CO+2NO2+O2→3N 2+2CO2+4H2O
(1-6)
2(NH2) 2CO+4NO+O2→4N 2+2CO2+4H2O (1-7)
若温度过高，NH 3则被氧化成NO ，其化学方程式为
4NH 3+5O2→4NO+6H2O (1-8)
1.3液体吸收法
液体吸取NO X 的方式有许多，利用也很普遍。水、稀硝酸、浓硫酸、碱溶液都可以吸取NO X ，而NO 基本上不溶于水和碱溶液所以能在相关的吸收方式上再接上吸收还原、
氧化吸收和综合吸收等来增加NO 的净化效力。液体吸收法有其相应的优缺点，优点在于工艺与设备简单，投资少，通常还能回收NO X 用来制备亚硝酸盐或硝酸盐产品以及对烟气中NO X 的浓度适应性强，而缺点是显而易见的，氮氧化物的净化效果不好[12-13]。
在上述的几种液体中，就属碱溶液的吸收结果最佳。由钠、钾、镁、铵等离子的氢氧化物或弱酸盐溶液制备而成的碱液与NO X 作用产生亚硝酸盐或硝酸盐。在用液体吸收法时对NO/NO2的比例有一定的要求，而且吸收效率不高会导致有时无法达到排放要求，因此碱液吸收法需要进行进一步的研究，以符合现在烟气脱硝的要求。
1.4催化分解法
因为NO 分化为N 2和O 2的反应活化能高达364KJ/mol，是以必须选择合适的催化剂来下降活化能，如此才能实现分解反应。而现知的催化剂主要有贵金属、金属氧化物、钙钛矿型复合氧化物和金属离子交换的分子筛等。随着对该反应催化剂研究的深入相信在不久的将来该方法会成为费用低且方法简单的脱硝方法。
1.5吸附法
吸附法的道理是采用吸附剂对NO X 的吸附来下降NO X 的排放量。周期性的转变操作温度与压力可以节制NO X 的吸附与解吸，使得NO X 从烟气中剥离出来，这类技术属于干法脱硝技术。由于吸附材料的区别可分为氧化铜（CuO ）法、NO X SO 法、炭质材料法等
[14]
。由于再生方法的不同吸附法可分为变温吸附法和变压吸附法。吸附法的优缺点相当
的明显，缺点是：吸附量小、吸附剂耗量大、费用高等，优点是：设别简单、操作方便、净化效率高[15]。
1.6微生物法
在外加碳源的条件下，相宜的脱氮菌采用NO X 作为氮源，将NO X 还原为N 2，而脱氮菌则由此取得氮源生长繁殖，这便是微生物法烟气脱硝。微生物法的处置装配主要有生物过滤塔、生物转鼓、生物滴滤塔、生物洗涤塔等。要提升微生物法对NO X 的净化率可以提高单位体积内微生物浓度以及控制其PH 、湿度、温度来达到最好的状态。该方法在能耗和设备上都相对较低，而且脱硝效率高没有二次污染，但是就目前微生物法的研究现状来看，还是无法广泛应用到工业上[16]。
1.7等离子体治理技术
等离子体是含有大量电子、离子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等构
成的物质的第四种形态。其总正负电荷数相等宏观上呈电中性，但具备导电和受电磁影响的特点，表现出很高的化学活性。等离子体可通过高压脉冲放电在常温常压下获得。等离子中的各种高能电子和活性粒子可与烟气中的有害或无害物质发生反应，在极短时间内去除NO X 使其净化效率达到80％左右。等离子脱硝技术相比较其他脱硝工艺来说有很大的优点，例如不会有第二污染物产生，而且占地面积小同时可以消除烟气中大部分的污染物。但是没有在实际应用中大量应用的原因是等离子本身消耗的能量过高，不能大量推广[17]。
1.8氧化法
氧化法是运用各类氧化剂如：臭氧、次氯酸钠、亚氯酸钠、双氧水等将烟气中的NO X 氧化成N 2O 5，然后N 2O 5溶于水生成HNO 3，HNO 3再与NaOH 反应从而达到脱硝的目的。在这些氧化剂中运用最为广泛的是O 3。臭氧氧化法需要先将排放出来的烟气降低到100℃左右，再将O 3通入其中与氮氧化物反应再用碱性溶液吸收，这样就达到脱硝的目的[18]。这几种现有的烟气脱硝技术各自有相应的优缺点以及在应用方向上的不同，现归纳如下，见表1.1。
表1.1烟气脱硝技术比较
烟气脱硝技术 SCR 法
优点 脱硝高效稳定
缺点 受烟气成分影响大；催化剂昂贵；催化剂需要更换
SNCR 法
操作简单；还原剂
安全易得
受烟气影响大，脱硝效率不稳定；还原剂容易造成烟道腐蚀和堵塞；容易造成二次污染
液体吸收法
操作简单；能耗低 吸收溶剂消耗量大 对烟气中氮氧化物
适应性强
催化分解法
工艺简单；经济性
好
吸附法
工艺简单效率高；吸附后产物可富集
利用
微生物法
无二次污染
受脱氮菌生长条件
影响
等离子体法
占地面积小；能去除烟气中大部分污
染物
氧化法
氧化剂易寻找；操
作简单
烟气中所含成分不能过于复杂
温度不宜过高
80％以上
等离子体本身能量
过高
烟气量小，温度不
能过高 适合含有不同污染
物的烟气
80％左右 80％以上
催化剂种类少，易
中毒 解吸附/再生过程
复杂
比较适合低浓度，气量小的烟气
—
烟气中含尘量较少
90％以上 80％以上
使用高温烟气；可根据烟气浓度调整
操作参数
25％~50％
适用性 对烟气温度有一定
要求
脱硝效率 80％以上
第2章 脱硝技术在实际中的应用
2.1脱硝技术的应用方向
各类脱硝技术方式在现实的应用上的选择也各不相同。在工业烟气的脱硝上主要运用在以下几个方面：燃煤电厂、水泥厂、硝酸工业、钢铁行业等。根据不同的行业的不同特点选择相对经济实用的脱硝技术是很有必要的。脱硝工艺的实际应用要考虑到这些方面：脱硝剂的来源要可靠、设备运行可靠、技术成熟、运行费用不得过高等[19]。
2.1.1燃煤电厂
作为发展中国家，我国的电力来源首要来自燃煤发电。而燃煤造成的环境污染已经日趋严重，而在各种污染物中氮氧化物是一个不容忽视的存在，因此要研究各种烟气脱硝方法，用来保护环境[20]。通过燃煤来发电的模式会导致有大量的由煤炭燃烧引发的氮氧化物）（NO X ）、二氧化硫（SO 2）以及大量的灰尘。在没有新能源的介入下，煤作为现阶段使用量最大的化石能源在燃烧后产生的氮氧化物能占到NO X 排放比例的67％以上[21]。脱硝技术在燃煤电厂上的应用受到催化剂和接触时间的影响[22]。目前情况，国内对于燃煤放出的SO 2进行了控制，但是对NO X 的排放控制还不够。若不再采取相关措施，氮氧化物的排放会成为又一困扰环境的巨大问题[23]。
2.1.2水泥厂
水泥厂在制造水泥的过程中会带来许多的环境污染，而在氮氧化物的排放上，已经成为第三名，仅次于燃煤电厂与汽车尾气的排放[24]。
2.1.3硝酸工业
在制备硝酸的产业中会有氮氧化物的生成，主要包括NO 2和NO 。这些气体的逃脱会对大气造成一定程度上的破坏而且也使得在硝酸的制备中的氨耗增加，是成本消耗加大。因此，在对硝酸制备的尾气进行脱硝处理是很有必要的，不仅能保护环境而且还可以减少成本的投入，一举两得。在制备硝酸的工业生产中排放的工业尾气的主要污染物为氮氧化物。治理这种尾气的方法主要为选择性催化还原法（SCR ），添加还原剂使NO X 转化为N 2，以及化学吸附法，将工业烟气中的NO X 直接转化为NO 3－或NO 2－，然后回收[25]。
2.1.4玻璃工业
在制作玻璃的过程中需要远高于水泥厂的燃烧温度，因此在排放出的氮氧化物的量非常大，高达数千毫克每标立方。依据玻璃窑的特点来选择的烟气脱硝技术要具有以下几点
要求：粉尘的适应性、碱性氧化物的影响、脱硝效率要求以及对窑内温度、风量和压力的影响[26]。而对烟气的脱硝工艺选择上主要是SCR 和SNCR 这两种，而SNCR 工艺中向玻璃窑中添加氨会影响到玻璃的质量，因此，玻璃制备行业主要使用的是SCR 烟气脱硝技术[27]。
图2.1 平板玻璃工业窑炉SCR 脱硝中试系统设计图(引用于文献[27])
2.2选择性催化还原法（SCR ）
2.2.1催化剂
在SCR 脱硝技术中最为主要的就是催化剂。在高温催化剂中主要有以下几类：分子筛类催化剂、金属氧化物类催化剂、钛锆复合氧化物类催化剂等[28-29]。在现代工业的应用中，催化剂要求要具有耐硫抗水、在比较低的温度下能保持活性以及对N 2的选择性[30-31]。具有抵抗烟气中其他物质引起中毒的性能、压力损失低、寿命长和成本低等特点[32]。
而从外形上分，分为波浪式、蜂窝式和平板式。在这三者之中，平板式的SCR 脱硝效率最好。具有抗粉尘冲刷和抗堵塞的优异性能[33-34]。而蜂窝式整体催化剂是属于均质催化剂，就算表面受到严重的腐蚀，其也能保持催化活性[35]。催化剂的制备要按化学计量比来对原料进行配比，之后再进行混料、烘干、焙烧等工艺[36]。催化剂最好要能不被烟气中的其他物质毒化，尤其是SO 2，也要有选择性的促进主要反反应的进行，在其极其高的反应温度下也要具有结构热稳定性，符合这些条件的才是一种合格的催化剂[37]。
目前，我国国内发电厂主要适用SCR 催化剂是由TiO 2做载体，V 2O 5做活性物质，
WO 3或MoO 3作助催化剂配方。这种催化剂由于NH 3呈碱性所以可以将其大量的吸附到催化剂表面从而使反应更容易发生[38]。在这种催化剂中加入10％的活性炭会在一定程度上提高催化剂的性能[39]。
催化剂的多种多样也使得SCR 能适用于多种情况，而以六铝酸盐做催化剂，在Fe 和Mn 离子的协同作用下使催化剂的活性更好[40]。在现有的以NH 3为催化剂的基础上，业界正在探索更多催化剂的应用如：CH 4、C 3H 6等有机物[41]。
对催化剂的性能产生直接影响的有以下几个方面：温度、空气流动速度、氨氮比、氧含量、水蒸气、NO 进口浓度等[42]。最近，复旦大学已经研制出具有超长寿命的脱硝催化剂，其拥有抗SO 2和碱金属的性能以及能够在多种极端环境下保持较高活性的能力。该催化剂能够广泛应用于电厂、重工业等地方，减少氮氧化物的排放。
催化剂载体主要分为如下三种：碳基材料载体、氧化物载体和复合氧化物载体。 TiO 2作为SCR 技术催化剂的载体是比较成熟的。它能显著降低催化剂的成本，以TiO 2为载体的V 2O 5催化剂能使SCR 的脱硝效率达到80％以上，因此以TiO 2为载体的催化剂是符合一些工厂脱硝的要求，可以应用到实际上的[43]。活性炭不仅是一种杰出的吸附剂，并且也可以做催化剂的载体。活性炭的优点在于便宜好买而且能够循环使用[44]。相比于活性炭，活性炭纤维（ACF ）更能因为其特殊的微孔结构使吸附分子直达吸附位置从而使得吸附速率加快而且其还有更大的外表面积和比表面积[45]。
在SCR 催化剂的使用中，催化剂会有损耗，时间过长后催化剂就不会再有相应的催化作用，就是催化剂失活。而使这些已失活的催化剂再生就相对的减少了在这方面资金的投入，可以促进脱硝产业的发展，从而减少氮氧化物的排放，改善空气质量。催化剂的失活原因有以下几种：催化剂中毒、高温引起的活性组分挥发、机械磨损和催化剂堵塞[46]。失活后的催化剂会直接影响脱硝工艺的反应进行从而影响脱硝效率，而且还会影响工艺流程中NH 3的逃逸率[47]。催化剂再生技术的主要流程是：诊断失活缘由、清扫、疏松、复孔、强化、活化和热处理。经过这些流程后催化剂基本再生[48]。在脱硝催化剂的再生产过程中也会生成一定的污染物。这些污染物主要包括：大量灰尘、废水、废渣与污泥等。而这些污染物也要采取相应的环境治理措施来消除污染[49]。
2.2.2还原剂
在SCR 还原剂的选择上也是多种多样的，而由还原剂的不同也可以有相应的还原法。还原剂主要分为CH 4、NH 3、CO 和H 2这几种[50]。除此之外，还原剂还需要有选择性的只与烟气中的NO X 反应而且要有高反应性，成本也不能过高。
2.2.3硝酸工业
SCR 在费用上以及氮氧化物的净化效率上占有很大优势。通过SCR 法处理过的尾气，NO X 的含量可以达到国家规定值之下。但是这种方法会增加硝酸制备中的消耗，运行费用也有点高。
2.2.4燃煤电厂
由于选择催化还原法(SCR)在现有的烟气脱硝技术中是最成熟的并且脱硝效率很高，因此SCR 技术能以广泛应用到各行各业。在烟气脱硝的过程中未加入反应的NH 3会和SO 2反应生成（NH 4）2SO 4和NH 4HSO 4，这两种物质会使氨的利用率下降以及侵蚀和堵塞设备，并且烟气中的某些污染物会使催化剂中毒，从而中断反应的进行。优点在于SCR 设备运行可靠，脱硝率高，无二次污染，反应温度低等[51]。SCR 脱硝装置由不同的安装地址可以分为三种布置方式，尾部布置、低尘布置方式和高尘布置方式。在燃煤电厂的应用上采取高尘布置方式，这能使得反应温度能够达到SCR 催化剂的活性温度[52]。在安装相应的设备是要考虑到SCR 的安装场地以及与之相配合的仪器等。这些会在实际情况中给使用者带来不必要的麻烦[53]。
SCR 所发生的反应属于气固相表面催化反应，其过程是吸附、扩散和表面反应的综合。影响这些反应的速率分三种情况：一、在拥有相当小的催化剂颗粒以及足够大的气体流速的前提下表面反应控制总的反应速率。二、当反应的活化能很大时，吸附速度会变得相当慢，从而是整个反应速度变慢，这样就控制了整个反应的速率。三、当催化剂床层较薄以及烟气流速过慢时，气体的外扩撒速率会控制整个反应的速率。
2.2.5水泥厂
在我国的水泥生产过程中，会有大量的氮氧化物排放到大气中，对环境造成了巨大的污染。在水泥窑NO X 的减排技术上有两种方法：在源头控制与对产生的烟气进行处理。相比较于其他的烟气脱硝方法选择性催化还原法（SCR ）具有结构简单、运行稳定、操作简单、无二次污染等优点。由于水泥窑的环境温度不高，因此研究出低温SCR 催化剂迫在眉睫，随着低温SCR 催化剂的开发和应用，相信SCR 烟气脱硝技术在水泥窑方面的广泛应用也会到来[54]。现有的低温催化材料是MnO X /TiO2，该催化剂可以在90℃~180℃之间进行脱硝催化，因此很适用于水泥厂的生产中[55]。
2.2.6钢铁行业
相比较于SCR 的两种操作方式：低尘低硫操作和高尘操作方式。钢铁厂的烧结只能采用第一种方式。但SCR 属于干法没有废水的产生以及废料主要为失效的催化剂所以这
种方法很适合烧结过程，只不过在运行过程中需要能量的输入[56]。按照脱硝效力的要求可以选择催化剂的布置层数，脱硝效率在50％以下时，可以布置一层。脱硝效率为75％时，催化剂布置为两层。这样可以有效的节约资金[57]。
2.2.7 SCR的负面影响
SCR 作为使用最为广泛的烟气脱硝系统也是有比较多的负面影响的。SCR 会有以下几种负面影响：一、对引风机造成腐蚀；二、会致使散热消耗增大；三、在空预器蓄热元件表面结垢，降低其工作效率；四、氨和氨水在运输过程中可能受到外界因素导致泄漏，发生意外[58]。
2.3选择性非催化还原法（SNCR ）
2.3.1燃煤电厂
SNCR 技术相比较于SCR 来说，不需要加入催化剂，从而减少了许多相应的附属设备。但是在实际操控中，需要将还原剂直接与NO X 接触，使其还原成N 2从而达到脱硝目的[59]。在该反应中，所需的反应温度要很高，因此这也是在实际中所要克服的问题。SNCR 还要防止在反应中氨的逃逸现象。不过，SNCR 在费用上要远低于SCR [60]。在实际应用中，不同的反应温度要选择的不同的还原剂，在850-1100℃时，要用氨作还原剂，在850-1250℃时，要用尿素作还原剂[61]。
2.3.2水泥厂
由于水泥厂的产量以及规模之大，所以选择经济适用的脱硝技术是很必要的。而SNCR 在成本上要远低于其他的脱硝技术，在脱硝效率上也可以达到60％左右[62]。SNCR 脱硝工艺在水泥厂的实际应用中影响脱硝效率的因素有氨水喷入位置、温度、反应剂、停留时间、反应剂与烟气的混合程度以及吸收剂与NO X 的摩尔比[63]。在水泥行业加入脱硝系统后会使每吨水泥成本增加10元以上，为了成本使用低NO X 燃烧和SNCR 相结合更有利于推广[64]。在SNCR 的实际运行中，氨氮比（NSR ）、氧含量、氨逃逸等因素会直接影响到脱硝效率，因此要严格调整相应参数，使脱硝效率达到最高[65]。
图2.2 水泥窑SNCR 脱硝流程图(引用于文献[24])
2.4氨法脱硝技术
2.4.1燃煤电厂
氨法脱硝是用氨（NH 3）作为吸收材料，将氮氧化物（NO X ）转化为氮气（N 2）从而使排放的烟气符合排放要求。氨法脱硝的技术优势在于：一、氨的利用充分并且脱硝的效率高；二、氨法工艺的热利用效率高；三、反应过程完成后无废水废渣；四、在脱硝的过程中也会除去烟气中的SO 2[66]。而作为该技术的关键点氨，在运输过程中有很大的危险。因为液氨挥发产生的氨气会与空气混合从而引发爆炸，其爆炸范围在15.7％~27.4％。液氨也会对人的眼睛皮肤起到强烈的刺激，因此一定要在运输过程当中小心谨慎。
2.5吸附法
2.5.1钢铁行业
将排烟机的除尘、脱硫、脱硝三种集于一身是活性炭吸附法的特色。向烟气喷洒NH 3然后通入到活性炭床使污染物被活性炭吸收，之后再通过水和蒸汽来使活性炭达到再生的效果，从而循环使用。这种方法的脱硝效率可达到80％~90％之多。与活性炭同为炭基材料的活性焦不仅和活性炭一样具有多孔以及大表面积的优点，而且它容易制备和实惠[67]。
2.5.2燃煤电厂
通过以下的吸附剂：天然沸石、硅胶、活性炭、分子筛和泥煤等来脱除NO X 的方法。
这种方法虽然脱硝效率很好但是所需要的场地、设备、吸附剂量较大。所以在现实生产中使用很少[68]。
2.6等离子体治理技术
2.6.1燃煤电厂
在高能电子产生等离子体中加入一些甲烷气、氨气和水蒸气来和燃煤电厂排放的含有SO 2和NO X 的燃煤烟气反应，将烟气中的酸性气体转变为无害的气体或其他生成物，从而达到烟气脱硝的目的。而NO X 的脱除率与施加放电电能与放电电流有关，施加放电电能与放电电流越大则脱硝率越大。等离子体治理技术在脱销的同时还能脱硫，而且不会产生废水与废料。但是在处理大量烟气时会产生X 射线对人体造成伤害。经过进一步的研究，脉冲电晕法完善了电子束法的缺点，在脱硝过程中不会再产生X 射线，减少对人的辐射[69]。
结 论
本文介绍了关于工业脱硝的方法和各方法的优缺点等，并且对烟气脱硝的未来研究方向有了大致了解和介绍。
氮氧化物因工厂与汽车的排放已经成为主要的空气污染物。治理氮氧化物已经到了刻不容缓的地步。而氮氧化物的治理不仅要在烟气排放阶段减少氮氧化物的排放，还要在氮氧化物生成的源头进行管控即采用低氮燃烧方法使氮氧化物生成量减少。
国内采取的几种治理烟气脱硝的工艺流程主要就是SCR 与SNCR ，两者对低温与高温的互补基本能应对大多数的烟气脱硝的实际情况，而这两种在进行烟气脱硝工艺中会腐蚀引风机并且会有氨逃逸的发生。在对SCR 技术的研究中，重中之重的就是对新型催化剂和催化剂载体的研制以及催化剂再生技术的改善。尤其是低温SCR 催化剂的研制，这能使SCR 技术的应用性更加的广泛。而SCR 在脱硝效率上远高于SNCR ，因此在新型催化剂研制出来的情况下，SCR 可能会适用于各种苛刻条件从而取代SNCR 。
相比于SCR 与SNCR ，微生物法与催化分解法则是将来烟气脱硝治理的主要发展方向。微生物法是将NO X 作为氮源提供给脱氮菌，使其繁殖生长，而NO X 则被还原为N 2。这种方法具有高脱硝效率以及没有二次污染等优点，但是在工业应用上，微生物法无法适应高温，因此研究耐高温的脱氮菌是这一方法的主要研究方向。催化分解法能够将NO 分化为N 2与O 2，在分解过后没有二次污染物的产生，并且脱硝效率高，但是该方法所使用的催化剂都比较昂贵，因此研制价格低廉的催化剂会使这种方法得到广泛应用。
在实际生产中不仅要选择有效科学的烟气脱硝处理工艺的前提下，还要建立严密的空气质量监测系统，保障各部分的稳定运行，使烟气中的氮氧化物含量符合相关标准。
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