Какие существуют виды катализаторов для SCR?

Катализаторы делятся по форме на сотовые, волнообразные пластинчатые и пластинчатые; их выбор зависит от типа пыли и условий эксплуатации. По температуре разделяют на высокие и низкие температуры; граница проходит на уровне 280–320°C. В настоящее время в Китае технологии работы при высоких температурах свыше 320°C уже хорошо развиты, тогда как в случае низких температур многие производители пока не добились идеальных результатов. Ещё есть классификация по составу, которая довольно разнообразна, например, на токсичные и нетоксичные (по содержанию ванадия) и так далее

В настоящее время на рынке существуют три основных типа катализаторов SCR: сотового типа, плитчатого типа и с волнистыми пластинами. Клеточная конструкция используется чаще.

Коммерческие катализаторы, используемые в системах SCR, в основном делятся на такие типы, как катализаторы из драгоценных металлов, катализаторы на основе металлоксидов, катализаторы пьезокерамического типа, катализаторы на основе молекулярных сит и углеродные катализаторы.

В промышленности часто используются пластинчатые, волнистые и сотовые конструкции. Они обладают высокой стойкостью к осаждению пепла и коррозии. С точки зрения механической прочности и эффективности использования поверхности, сотовые и волнистые конструкции имеют преимущества. К тому же их легко устанавливать и заменять. Поэтому в крупных вертикальных реакторах типа SCR часто используются катализаторы такой структуры. Пластинчатые катализаторы чаще всего используются в горизонтальных реакторах, тогда как гранулированные и цилиндрические катализаторы встречаются только в устройствах для обработки небольших объемов газа. При проектировании каталитических элементов в форме сот нужно учитывать соответствующую «шаговую величину» и толщину стенок; кроме того, поверхности по периметру необходимо подвергать обработке для повышения их устойчивости к эрозии. Катализаторы в форме сот подходят для потока дымовых газов сверху вниз, а пластинчатые катализаторы — для вертикального потока дымовых газов; они также могут использоваться при горизонтальном потоке. На рынке основными формами катализаторов являются плоские (включая волнистые) и сотовые. Плоские катализаторы представляют собой активный материал, нанесенный на металлическую основу; между пластинами имеются большие поры, что снижает сопротивление. Однако площадь поверхности контакта на единицу объема мала, поэтому требуется большое количество катализатора. Поскольку пластинчатый катализатор имеет металлическую структуру, он обладает высокой прочностью; его длина может достигать 1500 мм. Чтобы достичь такой же эффективности денитрификации, можно использовать меньшее количество слоев катализатора. Это позволяет сделать реактор SCR более компактным и экономичным с точки зрения занимаемого пространства. Главное преимущество плоских катализаторов — отсутствие склонности к засорению пылью. Поскольку SCR обычно устанавливается перед предварительным охлаждачем дыма, концентрация твердых частиц в дымовых газах может достигать 15–20 г/м³ (в стандартных условиях). Если зазоры между катализаторами слишком малы, это приводит к засорению катализаторов твердыми частицами, усилению их износа и повышению сопротивления в системе. В целом, в пространстве между катализаторами скорость потока дымовых газов не является однородной; средняя скорость составляет примерно 8 м/с. В зонах, где скорость воздуха ниже 3 м/с, пыль может оседать на катализаторе, препятствуя его контакту с дымовыми газами. Согласно исследованию BHK, в зонах катализаторов плоского типа скорость потока ниже 3 м/с составляет примерно 13%, тогда как в зонах катализаторов сотового типа такая скорость наблюдается примерно у 22% случаев. Поэтому проблема накопления золы в келиях сетчатой структуры более серьезна, чем в плоскостной структуре; решением является увеличение длины каталитических келий. В угольных тепловых электростанциях длина ячеек керамического катализатора обычно должна составлять не менее 6 мм. Чем больше эта длина, тем меньше площадь поверхности катализатора, и тем больше количества катализатора требуется. Если в угольных энергетических установках использовать катализаторы гофрированной структуры, то их потребление может снизиться примерно на 20% по сравнению с плоскими катализаторами. Однако их цена за единицу объема на 20% выше, чем у плоских катализаторов. В целом же их совокупная стоимость остается примерно одинаковой. Однако в газовых и топливных установках, благодаря чрезвычайно низкому содержанию пепла, можно уменьшить длину ячеек керамического катализатора, тем самым увеличивая площадь его поверхности и сокращая количество необходимого катализатора. Кроме того, газовые установки обладают хорошей способностью к быстрому запуску и остановке, а также к быстрому нагреву. Активные вещества в пластинчатых катализаторах, расположенных на металлической основе, под действием тепловых напряжений могут деформироваться и отслаиваться, что приводит к потере их эффективности. Поэтому в газовых установках широко используются керамические катализаторы. Площадь поперечного сечения типичной каталитической ячейки в форме сот составляет 150 мм×150 мм. Благодаря большой площади активной поверхности на единицу объема, для достижения того же эффекта денитрификации требуется меньшее количество катализатора по сравнению с плоскими конструкциями. Однако поскольку носителем катализатора является TiO2, который ограничивает общую прочность конструкции, длина обычных каталитических элементов в форме сот может достигать максимум 1000 мм. При практическом использовании катализатора с сотовой структурой размеры поперечного сечения элементов являются стандартными, а длина определяется высотой слоя катализатора. Из-за малых зазоров в керамическом катализаторе сопротивление потоку воздуха велико, поэтому требуемая скорость потока дымовых газов ниже, чем при использовании плоского катализатора. Площадь поперечного сечения реактора увеличивается. В таблице 7-3 приведены размеры объема реактора для установки мощностью 600 МВт (с одним реактором) при использовании двух различных типов катализаторов. Считается, что наилучшими по эффективности катализаторами типа SCR являются те, которые имеют волнистую структуру. В качестве носителя в таких катализаторах используется укрепленный волокнистый диоксид титана (TiO2); на поверхности катализатора равномерно распределена тонкая смесь V2O5 и WO3. Такой особый способ производства обеспечивает катализатору более высокую активность и более низкую скорость пассивации, а также лучшую механическую прочность и стойкость к коррозии. В настоящее время производители могут предложить катализаторы волнистой структуры в 6 различных спецификациях, подходящие как для условий с низким, так и с высоким содержанием золы. У этих катализаторов относительно низкая пористость и содержание V2O5; поэтому скорость окисления SO2 невелика, в то время как активность при денитрификации высока. Это подтверждается практическим применением. У этого катализатора существуют два стандартных варианта — A и H; их масса составляет примерно 50 кг и 27 кг соответственно. Они устойчивы к вибрациям и легко перемещаемы. Одиночные модули часто используются в небольших устройствах обработки, тогда как для крупных установок требуется комбинированный дизайн. Для удобства монтажа в крупном оборудовании обычно используются несколько отдельных модулей, собранных в один большой модуль; такой большой модуль обычно состоит из 12–16 отдельных модулей. Количество модулей определяется в зависимости от размера системы и расположения оборудования. Согласно информации от производителя, этот катализатор может использоваться в условиях большого объема газов, высокого уровня пыли и высокой концентрации NOx. Например, скорость потока дымовых газов может достигать 2100000 м³/ч ； Доля объема NOx составляет 2000 ×10-6 ； Концентрация массы пыли в воздухе составляет 25 г/м3. Катализатор постепенно теряет свою активность из-за отравления, синтеза, засорения, износа и старения, что является нормальным явлением. Поэтому при его использовании необходимо регулярно заменять его. Как правило, срок службы катализаторов для дымовых газов угольных энергоблоков, предоставляемых поставщиками, составляет от 10 до 30 тысяч часов. Когда активность катализатора снижается до определенного уровня, система начинает показывать снижение эффективности денитрификации или увеличение количества утечек аммиака. Когда хотя бы один из этих показателей не соответствует проектным требованиям, катализатор необходимо заменить. Катализаторы в форме сот часто изготавливаются в виде элементов стандартных размеров; затем несколько таких элементов объединяются в модули, которые помещаются в специальные корзины. Несколько модулей в свою очередь образуют каталитический слой. Обычно в каждом реакторе устанавливается 3–4 таких слоя катализатора. Количество слоев определяется исходя из конкретных условий и требуемой эффективности денитрификации. Независимо от того, является ли это первой загрузкой или периодической заменой, необходимо соблюдать установленные процедуры. Для этого требуются специальные инструменты и подходящее место для работы.