一种典型钒钛系SCR催化剂SO3生成特性研究

选择性催化还原（SCR）技术由于脱硝效率高、选择性好而被广泛应用于烟气氮氧化物排放控制;然而,目前广泛采用的钒钛系SCR脱硝催化剂会使烟气中SO₂氧化成SO₃,烟气中过高的SO₃对电厂安全运行会造成严重影响,也会对环境造成污染。以典型V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂为研究对象,系统研究了SCR脱硝过程中烟气流量、温度、O₂浓度、SO₂浓度等对催化剂表面SO₃生成特性的影响,并进一步对SO₃生成的反应动力学特性进行了分析。研究表明：催化剂表面SO₃生成反应中SO₂的反应级数为0.59,当O₂浓度大于3%时,O₂的反应级数为0,该反应的表观活化能为70.39 kJ/mol;实验条件下,烟气中SO₂浓度增加会使SO₃生成的反应速率提高;O₂浓度对催化剂表面SO₃生成影响并不显著;烟气温度对催化剂表面SO₃生成具有显著影响,高温会促进SO₃的生成。     

燃煤烟气中SO3与NH4HSO4生成特性及其控制方法研究进展

在燃煤烟气中选择性催化还原（SCR）技术由于脱硝效率高、选择性好被广泛应用,然而SCR催化剂的催化作用会使烟气中的SO₂氧化成SO₃,SO₃会与NH₃等反应生成硫酸氢铵（ABS）和硫酸铵（AS）,当烟气温度低于硫酸铵盐的凝结温度时,其会沉积在催化剂、空预器及其附属设备上,引发诸多严重的问题,对电厂的运行和环境造成了不利影响。本文综述了燃煤烟气中SO₃与硫酸氢铵的生成特性及其控制方法最新进展,分析了SO₃在锅炉和SCR系统中的形成机理、迁徙转化特性,阐述了控制SO₃与硫酸氢铵生成的方法,介绍了不同活性组分对催化剂表面SO₃和硫酸氢铵生成的影响。最后提出了开发新型催化剂是燃煤烟气中SO₃与硫酸氢铵生成控制的重点研究方向。     

煤粉炉SNCR对SO3生成影响的数值模拟

基于详细化学反应机理,利用CHEMKIN-PRO软件中的平推流反应器研究了选择性非催化还原（SNCR）脱硝过程对SO₃生成作用,以及烟气中SO₂、NO、O₂和H₂O的体积浓度对SO₃生成量的影响。结果表明,氨的注入改变了SO₃生成机理和主要路径,明显促进烟气中SO₂向SO₃氧化。在NH₃的体积浓度为300 μl·L^-1、SO₂的体积浓度为2000 μl·L^-1、停留时间1.9 s内温度从1373 K降低至573 K时,生成的SO₃体积浓度大于10 μl·L^-1。随着SO₂体积分数的降低,生成的SO₃体积浓度减小,但转化率有所增加;此外生成的SO₃体积浓度随O₂体积浓度、NO体积浓度和停留时间的增加而增加,随着H₂O体积浓度的增加而减小。燃用高硫煤时,SNCR对SO₃的生成作用必须给予重视。     

钙镁氧化物及氢氧化物脱除SO3协同防治催化剂低温失活

在实验室中试台架上，开展了Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂和MgO四种碱基吸附剂粉体喷射脱除烟气SO₃的实验，研究了碱基吸附剂脱除烟气SO₃的影响因素，探究了碱基吸附剂脱除SO₃技术对选择性催化还原（SCR）催化剂硫酸氢铵失活温度的影响。采用比表面积法（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）等手段对吸附剂进行表征，以判断吸附产物和吸附机理。结果显示：碱基氢氧化物吸附剂的SO₃脱除效果优于碱基氧化物吸附剂；Mg基吸附剂优于Ca基吸附剂；当烟气中SO₃浓度为35μL/L时，Mg(OH)₂含量为600mg/m³时具有最高的SO₃脱除效率，达到95%左右。对低温失活后的SCR催化剂进行FTIR表征证实了催化剂表面硫酸氢铵的生成。此外，通过碱基吸附剂降低烟气中SO₃浓度后，SCR催化剂在低温时的失活得到了显著缓解，可明显降低SCR催化剂的硫酸氢铵失活温度约20℃，有助于挖掘机组调峰深度。     

CeO2改性再生SCR催化剂的单质汞氧化特性

对国内某1000MW燃煤发电机组失活选择性催化还原（SCR）催化剂进行CeO₂改性再生。对再生前后样品进行N₂吸附-脱附、扫描电子显微镜（SEM）、X射线荧光光谱（XRF）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）对比表征分析。在自制固定床反应系统上对CeO₂改性再生催化剂（CeReCat）进行Hg⁰氧化性能测试,同时研究了SO₂、H₂O、NO和NH₃对Hg⁰氧化性能的影响。结果表明,CeO₂改性再生方法可有效清洗失活SCR催化剂表面杂质,恢复催化剂表面活性位点和孔隙结构,可使Ce、V两种活性元素得到有效负载。CeO₂改性后的样品Hg⁰氧化性能显著提升,3.0 CeReCat具有最佳Hg⁰的氧化效率。此外,烟气中加入600μL/L SO₂后,3.0 CeReCat仍具有高达74.4%的Hg⁰氧化效率,抗SO₂性能较好。烟气中的NO可轻微促进Hg⁰的氧化。由于竞争吸附作用,烟气中的H₂O和NH₃会抑制Hg⁰的氧化。CeO₂改性再生催化剂置于SCR系统下层时,由于烟气NH₃浓度较低而具有较高Hg⁰氧化效率,具有良好的应用前景。     

Fe2O3对V2O5-WO3/TiO2催化剂表面性质及其性能的影响

催化剂是选择性催化还原(SCR)脱硝技术的核心,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响具有重要意义。采用等体积浸渍法制备了不同Fe/V质量比的Fe₂O₃-V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,并进行表征,研究Fe对钒钛系SCR催化剂脱硝活性及SO₂/SO₃转化率的影响,并讨论Fe对于钒钛系SCR催化剂表面性质的影响。结果表明,随着催化剂表面Fe₂O₃含量增加,催化剂的脱硝效率及二氧化硫氧化率均是先上升后下降,当Fe/V质量比为3.0时,催化剂的脱硝效率和二氧化硫氧化率均达到最大值91.78%、1.01%。XPS及H₂-TPR结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面钒活性组分的相对含量及V⁴⁺/V⁵⁺比减小,催化剂表面吸附氧(O_α)浓度增加,催化剂的氧化能力增强。NO-TPD结果表明,随着Fe₂O₃含量增加,催化剂表面吸附NO的能力增强。     

NH3-SCR工艺中硫酸铵盐的生成与分解机理研究进展

以氨为还原剂的选择性催化还原（NH₃-SCR）脱硝法具有脱硝效率高、选择性好和技术完善等优点,是目前应用最广泛的燃煤电厂等行业的烟气脱硝技术。然而,烟气中的SO₂流经SCR催化剂时,在V₂O₅的催化作用下部分氧化为SO₃,随后与NH₃和水蒸气反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。当烟气温度低于硫酸铵盐的凝结温度时,会沉积在催化剂、空预器及其附属设备上,引发诸多严重的问题。本文首先介绍了硫酸铵盐的形成机理,随后从反应物浓度和反应温度等角度概括了影响硫酸铵盐生成的因素,分析了硫酸铵盐的沉积及其所带来的危害。然后介绍了硫酸铵盐的分解机理,重点分析了催化剂与硫酸氢铵之间的相互作用,指出了这种相互作用对硫酸氢铵分解的影响,由此提出了控制硫酸铵盐生成的措施。最后指出,系统研究NH₃-SCR工艺中硫酸铵盐的生成与分解机理将为催化剂的失活与再生、低温SCR催化剂的开发和燃煤机组等相关设备的设计和运行优化等提供理论依据。     

介质阻挡放电中气体成分对NOx脱除的影响

利用介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体进行烟气的脱硝实验,研究了在乙烯存在的条件下,温度和其他烟气成分对NO_x脱除率的影响。结果表明:随着温度的升高,NO脱除速率增快;模拟烟气中加入CO₂,在能量密度较低时,CO₂作为电负性分子会降低自由基的生成,导致NO的脱除率降低,随着能量密度的升高,CO₂对NO脱除的影响减小;模拟烟气中加入水后可以产生更多的OH、HO₂等自由基,促进NO的氧化;SO₂的加入会与自由基O反应,使初始反应中O与C₂H₄的反应速率减弱,从而影响了NO的氧化速率,但O₃、HO₂等强氧化自由基会优先与NO反应,因此SO₂的加入不会影响NO最终的脱除率。     

臭氧氧化结合硫代硫酸钠溶液喷淋同时脱硫脱硝

采用臭氧氧化结合湿法喷淋硫代硫酸钠溶液的方法开展模拟烟气同时脱硫脱硝实验研究。结果表明,采用臭氧氧化结合Na₂S₂O₃-NaOH溶液湿法喷淋可以实现NO_x和SO₂协同脱除:在O₃/NO摩尔比为1.1～1.2时,溶液中Na₂S₂O₃浓度的增加会提高系统的NO_x脱除效率,烟气中SO₂的存在会促进NO_x的脱除,当SO₂浓度为1030 mg·m^-3、2.0%Na₂S₂O₃溶液作为喷淋液时可实现较高的SO₂脱除效率,同时NO_x脱除效率可达70%以上;喷淋液pH在2.5～9范围内变化时提高浆液pH有利于NO_x的脱除,当pH 9时脱硝效率可达75%。180 min连续同时脱硫脱硝实验结果表明,硫代硫酸钠可有效促进NO_x的脱除,并实现SO₂较高的脱除效率,同时可实现系统同时脱硫脱硝连续稳定运行,喷淋吸收后烟气中NO_x的主要转化产物为NO₂^-, 该方法作为一种有效的同时脱硫脱硝技术,具有一定的工业应用推广前景。     

硫酸氢铵在钒基选择性催化还原催化剂表面的生成、作用及防治

电厂燃煤锅炉低负荷运行导致脱硝装置烟气温度偏低,硫酸氢铵中毒影响低温脱硝催化剂的长期稳定运行。本文分析了硫酸氢铵的形成机理及其对选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）催化剂的影响,提出控制烟气中SO₃浓度是减缓甚至避免SCR催化剂中毒的关键。文章从工艺和催化剂设计角度详细总结和分析了脱硝装置前端和脱硝装置中SO₃的控制方法,并总结了硫酸氢铵中毒催化剂的再生方法及其优缺点。分析表明,通过喷入碱性吸收剂降低脱硝装置前端SO₃浓度的工艺和对催化剂组分及结构进行合理设计以减少脱硝装置中SO₃生成的方法具有很强的实用性,是未来研究发展的重要方向。低温条件下长期运行难免导致催化剂失活,而在线升温是恢复中毒催化剂活性的良好方法,在工程设计中应考虑相应工艺。     

工业窑炉烟气氧含量对钒钛系催化剂NH3-SCR脱硝反应的影响

目前,工业窑炉主要采用钒钛系SCR催化剂对烟气中氮氧化物（NO _x ）进行控制,然而工业窑炉部分工序烟气O₂含量高,且高O₂含量对SCR反应过程的机理影响尚不明确。因此,实验研究了烟气中不同O₂含量下钒钛催化剂的脱硝活性,并采用多种表征方法系统分析了O₂含量对催化剂物理化学结构的影响;同时结合原位红外技术,进一步揭示了不同O₂含量下钒钛催化剂SCR脱硝反应机理。研究表明：在150~400℃的反应温度下,较高O₂含量可一定程度提高催化剂的低温脱硝效率,钒负载量增加可使催化剂脱硝活性温度窗口扩展且向低温区移动;催化剂在不同O₂含量条件下经过NH₃-SCR脱硝反应后,其物理结构变化不明显,反应过程中较高的O₂含量可促进催化剂表面酸循环和氧化还原循环,加速SCR脱硝反应;较高O₂含量使得SCR反应过程活性中间体 NH₃（L）和\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}（B）消耗加快,促进桥型硝酸盐物种的形成,从而提高其SCR脱硝活性。     

工业窑炉烟气氧含量对钒钛系催化剂NH3-SCR脱硝反应的影响

目前,工业窑炉主要采用钒钛系SCR催化剂对烟气中氮氧化物（NO _x ）进行控制,然而工业窑炉部分工序烟气O₂含量高,且高O₂含量对SCR反应过程的机理影响尚不明确。因此,实验研究了烟气中不同O₂含量下钒钛催化剂的脱硝活性,并采用多种表征方法系统分析了O₂含量对催化剂物理化学结构的影响;同时结合原位红外技术,进一步揭示了不同O₂含量下钒钛催化剂SCR脱硝反应机理。研究表明：在150~400℃的反应温度下,较高O₂含量可一定程度提高催化剂的低温脱硝效率,钒负载量增加可使催化剂脱硝活性温度窗口扩展且向低温区移动;催化剂在不同O₂含量条件下经过NH₃-SCR脱硝反应后,其物理结构变化不明显,反应过程中较高的O₂含量可促进催化剂表面酸循环和氧化还原循环,加速SCR脱硝反应;较高O₂含量使得SCR反应过程活性中间体 NH₃（L）和\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}（B）消耗加快,促进桥型硝酸盐物种的形成,从而提高其SCR脱硝活性。     

燃煤锅炉烟气中Na2SO4生成的化学动力学研究

准东煤燃烧过程中Na₂SO₄的形成会造成锅炉受热面沾污、尾部SCR催化剂失活等问题。烟气中Na₂SO₄形成及转化规律的研究对于预测和控制燃煤烟气中Na₂SO₄的形成有重要意义。发展了烟气中Na/Cl/S/O/H化学动力学模型,研究了烟气中Na₂SO₄的生成过程及转化机理,考察了含氧量、温度、SO₂浓度、H₂O浓度等因素对Na₂SO₄生成的影响。动力学计算结果表明,模型预测结果与实验数据吻合较好,验证了模型的准确性。烟气中的高氧气含量有利于Na₂SO₄的生成。高温加快化学反应的同时,抑制了Na₂SO₄的生成。SO₂和H₂O的影响效果受温度影响较大。反应路径分析表明,Na₂SO₄的生成路径有两个：一是依赖于SO₂直接氧化（NaCl→NaSO₃Cl→NaHSO₄→Na₂SO₄）,二是依赖于SO₂间接氧化（NaCl→NaO₂→NaSO₄→NaHSO₄→Na₂SO₄）。敏感性分析结果表明,Na₂SO₄的生成主要对系统中生成或消耗自由基的反应更为敏感。     

垃圾焚烧SCR脱硝催化剂的研究进展

选择性催化还原（SCR）作为一种实现氮氧化物超低排放的技术,在垃圾焚烧领域逐渐得到应用。SCR催化剂脱硝效率和使用寿命受到烟气温度、SO₂、H₂O、烟尘等多种因素的影响。经过脱酸和除尘后,垃圾焚烧烟气呈现低温、低酸、低尘、低重金属含量、高含水率的特点,研究发现烟气温度、SO₂、H₂O对催化剂脱硝效率和使用寿命都有较大影响,但SO₂影响最大,同时催化剂本身的催化活性、抗硫性能也是影响脱硝结果的关键因素。     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂，通过物理化学表征和烟气模拟台架实验，研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明，Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用，但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率，且受烟气中邻二甲苯影响较小；但受SCR气氛与Hg⁰抑制，邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。     

电解锰渣浆液烟气脱硫性能及机制

电解锰渣是电解锰生产过程中产生的锰矿石酸浸渣,富含锰、铁等活性组分,理论上可催化氧化SO₂实现烟气脱硫,同时脱硫后的电解锰渣可资源化利用,然而目前尚未见电解锰渣矿浆脱硫的研究报道。本文研究了工艺参数对电解锰渣浆液脱除SO₂性能的影响,探究了电解锰渣浆液烟气脱硫的过程机制。结果表明：锰渣粒径为200目（<75μm）、锰渣浆液初始浓度5000mg/L、气体流量400mL/min、进口SO₂体积分数0.20％、反应温度50℃、反应时间180min的条件下,电解锰渣浆液脱硫率最高可达93.87%。脱硫前后电解锰渣XRD、SEM、XPS表征结果表明,MnO₂、MnO、Fe₂O₃等活性组分参与SO₂反应,且浆液中的Mn²⁺、Fe³⁺等过渡金属离子液相催化氧化SO₂生成H₂SO₄,实现烟气脱硫。     

燃煤烟气中SO3迁移转化特性及其控制的研究现状及展望

SO₃排放导致的烟羽浊度增大、蓝烟/黄烟现象及其排入大气环境后转化为二次气溶胶等问题,已引起广泛关注。燃煤电厂SO₃的排放主要由煤燃烧以及SCR烟气脱硝中SO₂氧化形成,随着选择性催化还原（SCR）脱硝设施的推广应用及高硫煤使用量的增多,控制燃煤SO₃排放已迫在眉睫。本文分析综述了燃煤烟气SO₃在SCR脱硝过程、低低温电除尘、湿法烟气脱硫以及湿式电除尘中的生成、迁移转化及脱除特性。同时介绍了两类控制燃煤烟气系统中SO₃的技术,一是利用现有污染物控制设备的协同作用;二是喷射碱性吸收剂吸收SO₃,综合比较了各类碱性吸收剂以及不同喷射位置,提出一种将喷碱性吸收剂与脱硫废水烟道蒸发技术相结合的控制方法。最后指出探究烟气系统中SO₃迁移转化特性以及碱性吸附剂脱除SO₃的反应机理及其影响因素是未来燃煤烟气SO₃控制技术研究的发展方向。     

V2O5-MoO3/TiO2 催化剂的NOx选择性催化还原及SO2氧化活性

采用浸渍法以TiO₂为载体制备V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 选择性催化还原催化剂,研究V₂O₅和MoO₃负载量对于催化剂选择性催化还原反应及SO₂氧化活性的影响,并考察氧含量、氨氮物质的量比和反应空速对3%V₂O₅-6%MoO₃/TiO₂催化剂选择性催化还原脱硝活性的影响。结果表明,随着催化剂中V₂O₅负载质量分数增加,V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 催化剂的选择性催化还原活性和SO₂氧化活性均呈上升趋势。MoO₃的负载对催化剂的SO₂氧化活性有明显抑制作用。MoO₃负载质量分数超过9%,制备的催化剂既保持较高的低温选择性催化还原活性,又使选择性催化还原反应中的SO₂转化率小于1%。     

Fe/γ-Al2O3催化剂上CO同时还原NO和SO2研究

研究了不同载体(γ-Al₂O₃、HZSM-5、TiO₂、SiO₂和MgO)负载Fe催化剂上CO还原NO反应及CO同时还原NO和SO₂反应。结果表明,Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO与NO反应具有良好的催化活性,但随着反应时间的延长,催化剂很快失活;在CO和NO反应中加入SO₂,可以明显改善Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO还原NO反应的活性稳定性;O₂和H₂O对催化剂活性的影响较大,CO₂对催化剂的影响较小。XRD结果表明,FeS₂是催化剂的活性中心,在CO与NO反应后,FeS₂转变为催化惰性的Fe₇S₈而导致催化剂活性下降;在CO与NO及SO₂反应体系中引入O₂后,Fe/γ-Al₂O₃催化剂上的活性组分FeS2被氧化为Fe₂O₃,导致催化剂失活。     

SCR脱硝中催化剂表面NH4HSO4生成及分解的原位红外研究

采用工业用V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂,基于傅里叶原位红外光谱(in situ FT-IR)技术考察了SCR脱硝过程中催化剂表面NH₄HSO₄的生成与分解特性。结果表明:在V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂表面ABS的生成可由催化剂V═O基团上Lewis酸上配位吸附活化态的NH₃在O₂环境中与SO₂反应生成,也可由SO₂与催化剂表面反应生成的吸附态金属硫酸盐中间物VOSO₄与气态NH₃直接反应生成;NO能通过与NH₄HSO₄中的NH₄⁺直接反应来降低NH₄HSO₄降解的温度窗口,促进其在催化剂表面的分解行为,NO的脱除与NH₄HSO₄的生成是相互抑制关系;NH₄HSO₄本身的负载量影响其分解与挥发行为。