壳牌低温去除氮氧化物系统（SDS）-- 在硝酸厂的应用

1.介绍：

     硝酸工业的尾气中所产生有害气体氮氧化物，由一氧化氮、二氧化氮和氧化亚氮组成，氮氧化物中一氧化氮、二氧化氮是形成酸雨、酸雾，氧化亚氮又是使全球气候变暖并破坏臭氧层。这些气体的排放正受到越来越严格法律的限制，因此硝酸工业的尾气必须安装更为严格、高效、科学的环保处理装置。自从上世纪七十年代SCR引入日本，已经被证明在去除氮氧化物方面是科学、高效的方法。壳牌低温去除氮氧化物系统（SDS）也是利用选择性催化还原技（SCR），尾气通过氧化钛/氧化钒催化剂与氨（NH3）作用将氮氧化物转化为无害的氮气和水。SDS系统的操作原理与SCR相同，然而它可以在较低的温度（从120℃）和较低的压力降，因而，它为氮氧化物排放的控制提供一个低成本的解决方案。

2.SDS系统：

     壳牌脱硝系统是目前最好的低温脱硝系统，该系统主要由壳牌侧流反应器（LFR）的高活性、专利的催化剂组成，可以使氮氧化物有排放小于10~50ppmv，使氨的逃逸小5~10ppmv。 SDS系统可以称得上是管道末端技术,由于在低温下高活性的催化剂,去除设备可以立即安装在烟囱的前部.因此避免了对(上游)工厂操作所产生消极的影响。这个系统已经成功去除来自于硝酸、己内酰胺、催化剂制造工厂以及燃气涡轮机、精炼厂的锅炉、垃圾的焚烧、发动机尾气中的氮氧化物。SDS在两个重要的方面不同与常规的蜂窝型SCR系统：催化剂和反应模块的设计。

      壳牌催化剂高价金属氧化物,一类多孔的粒子，直径大约在1mm，由于催化剂的高活性，在较低的温度（从120℃）下能获得较高的去除氮氧化物的高效率。在运输前,这些催化剂均被预装在不锈钢制的侧流反应器模块内。反应系统是基于侧流反应器（LFR）原理（见图1）。LFR是一类固定床式反应器并在低压力降提供优势,甚至在较高速度下。低压降穿过反应堆减少浓缩废气所需要的能量的消耗。此外，LFR的设计使得使用相对较小的催化剂粒子，有利于避免扩散的局限性，使得反应堆快速安装（和卸载）变得容易。

     LFR的开发促成了模块结构系统的形成，从而为特殊的应用的装置提供较大的灵活性。由于催化剂的高活性和反应堆的设计的灵活性，在每个应用中可以发现是最理想的解决方案（涉及到氮氧化物的去除、氨的浓度、温度、压降和有限的空间）。模块结构化意味着为旧的装置添加新的模块（或者更换现有的模块），或者将来能遇到更严格的氮氧化物的排放要求或增加装置的增容改造时变得更加便利。此外，LFR的模块化为相关的建筑的成本提供了可观的受益。在文献上SCR减少氮氧化物排放是常被归诸于一类昂贵途径，SDS技术将有助于改变这一现状。常用的侧流反应器模块的单体尺寸从0.8*0.8*08到2.1*1.4*1.4(单位m)。因为设计上的方便，可根据客户原有的SCR设备尺寸定制以便于替换。按照不同的尾气的流量，系统可以由一个模块或几个模块组成，最多的可由54个模块。到目前为止，侧流反应器已经成功地用在尾气流量范围从每小时2，000到1，000，000立方米的。由于高活性的催化剂和侧流反应器的结合，使得尾气与催化剂的充分接触，获得很高的转化率（＞60~98%）。

3．SDS系统在硝酸厂的应用：

    SDS系统已经应用于硝酸工厂的氮氧化物的排放。因为适用温度范围宽，SDS系统可安装在硝酸尾气压降装置的前或后。选择的位置依赖于两个方面的因素如可利用温度窗口和安装空间。  SDS系统依据以下几个方面优势：低的压降、低的操作温度、简单的翻新、将来的可延续性和成本效益。系统设计可安装在低压降的膨胀涡轮的后侧，烟囱的前端。操作的温205~215℃，转化率达到并超过95%。一项重大成就是在36小时内迅速安装完毕，不会影响整个工厂的运转。因为低成本和设计的灵活性，适用的温度范围宽和要求的空间小，在众多的改造项目中，在丹麦、英国和荷兰的硝酸工厂，SDS系统安装的膨胀器前。同时SDS系统可以替换原有的位于膨胀器前催化剂处理系统。这个系统通常使用的是轴向流动反应器，这个很容易地被LFR（侧流反应器）所取代，如图2中所示。

 

表   1
 
这样改造的优点:

                                    

壳牌DeNOx系统                                                                   
 轴向流处理器
 
压降小： 5-30毫巴              
 压降大： 50-80毫巴
 
不需要接触催化剂。所有催化剂已经在起运前预装到模块里
 催化剂需要在现场装置

没有尾气绕过
 反应器内部由第三方制作
 
不会有催化剂泄漏
 催化剂安装和尾气绕过
 
催化剂需求量少
 需要更多催化剂
 
催化剂体积小(1-1.6毫米直径)
 催化剂体积大，体积效率低
 
壳牌设计AIG，不需要静电混合器
 需要静电混合器，高成本，压降大
 
反应器结构紧凑，安装面积小
 需要更大的压力容器

     在国内也有安装实践,2005年初,柳州化工股份有限公司采购了CRI三套脱硝系统,使用的温度分别是137℃,164℃,290℃。并于此年的11月份一次开车成功，从而消除了漂荡在柳化上空近40年的“黄龙”。此后，柳化又从CRI采购了另外两套系统，设计的温度分别为175℃和300℃。在南京某己内酰胺厂也有一套CRI脱硝系统在运行。部分硝酸厂的应用实例见表2。

4．总结：

    壳牌公司的低温去除氮氧化物系统（SDS）已被证实可以在低温下有效的去除氮氧化物。与其他系统或方法更加符合成本效益，在世界范围处于主导地位。不同于一般的平板式和蜂窝式，SDS反应器采用的独特的侧流式。SDS系统已经成功地应用20年，是成熟而又得到广泛认可的高效脱硝技术。

其主要优点：

1)       适宜温度从130-380 °C, 尤其特别的是可以在130-160 °C的低温下处理,

2)       因此可以设置在所有流程的最后烟囱前

3)       氮氧化物排出可以小于10-50 ppmv, 能去除60-98%的氮氧化物

4)       结构紧凑, 体积小; 安装简便, 快到停产几天就可完成安装

5)       催化剂活性高, 一次性投入, 可用5年以上

6)       压降小, 可<10-20 毫巴

7)       可同时去除垃圾焚化中产生的二恶英(dioxins)

表   2

 
                              

国家
 %NOx转化率
 运作温度

℃
 流量 Nm3/hr
 国家
 NOx转化率

%
 运作温度

℃