蜂窝状V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能研究

实验室制备了蜂窝状V2O5-WO3/TiO2的脱硝催化剂，通过BET、XRD、SEM等方法对微观结构进行表征。在自制SCR活性试验台上测试各种运行工况（温度、空速比等）和烟气组成（NH3/NO、水蒸汽等）对催化剂的脱硝活性、选择性、SO2的氧化率和氨逃逸量的影响。发现自制蜂窝状催化剂在空速比（SV）小于3500h-1、NH3/NO在 0.9~1.0、温度320~420℃范围内的NO脱除率较高、SO2氧化率和氨逃逸量较低，基本达到工业应用的要求，低含量（低于2％）水蒸汽可以提高高温段NO脱除率，而高含量的水蒸汽对催化剂NO脱除具有明显的抑制作用，但水蒸汽的加入会使NO脱除温度窗口拓宽；由于催化剂自身含有较多的硫酸盐，未观察到SO2对脱硝反应有促进作用。     

钾盐对V2O5/TiO2催化剂NH3选择性催化还原NO反应的影响

钾在中国燃煤和生物质烟气中以钾盐--硫酸钾和氯化钾的形式存在。文中采用静态N2物理吸附、程序升温表面反应(temperature-programmed surface reaction,TPSR)、傅里叶变换红外(Fourier transform infrared,FT-IR)光谱和催化活性评价的方法,研究了钾盐对V2O5/TiO2催化剂上NH3选择性催化还原NO反应的影响。结果表明,钾盐使V2O5/TiO2催化剂活性降低。随着钾盐在催化剂上负载量的增加,稳定的NO脱除温度窗口逐渐变窄,当K与V物质的量之比达到3.0时,该窗口消失。钾盐的掺入使催化剂表面活性位数量明显减少,但是并没有显著改变催化剂的反应性。催化剂失活的主要原因是K优先配位在催化剂表面的Br￠nsted酸性位上,中和了Br￠nsted酸性位酸性,使Br￠nsted酸性位上吸附的氨减少。     

V2O5-WO3/TiO2烟气脱硝催化剂的载体选择

在选择性催化还原试验台上对4种不同TiO2为载体制备的催化剂的脱硝性能进行测试,采用BET、X射线衍射、傅里叶转换红外光谱、扫描电镜-能谱分析、X射线荧光分析和热重分析等技术进行微观表征,并与商业催化剂进行对比。以硫酸法制备的纳米级锐钛型TiO2适合作为选择性催化还原催化剂载体,制备的催化剂脱硝效率高,温度窗口宽,选择性好,其中硫酸盐质量分数为8%~10%时最为有利;以氯化法制备纳米TiO2过程中,生成了V3Ti6O17的聚合物导致NO脱除率较低,因此不适合作为催化剂载体。以工业级TiO2为载体制备的催化剂氨氮比为1.0时,在355~420 ℃的温度范围内NO脱除率为80%~85%,但由于成本很低,因此可以用于脱硝要求不高的场合。由钛酸丁酯溶胶法制备TiO2为载体制备的SCR催化剂性能不及硫酸法制备的纳米级锐钛型TiO2制备的催化剂,且操作复杂,技术难度大,不适宜推广。     

V2O5-WO3/TiO2基催化剂SCR法脱硝试验研究

以工业级锐钛型TiO2为载体制备了V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂,通过BET、XRD、SEM等方法对微观结构进行表征.并在SCR反应器中测试其脱硝性能.自制催化剂比表面积较小,晶相仍为锐钛型,温度为330-4000℃、O2浓度大于1%、NH3/NO为0.9～1、空速比为24 000 h-1,脱硝效率达到80%以上,N2O生成率,NH3逃逸率及SO2氧化率均能够满足电厂脱硝的要求,并且因工业级TiO2粉体价格较低可降低催化剂成本.     

烟气脱硝选择性催化还原催化剂反应模拟研究

以E-R机制为动力学基础,建立了选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂单孔道一维数学模型,用于模拟SCR催化剂孔道内的反应进程.模型同时还考虑了氨氧化的副反应以及孔道内反应的热效应.经过模拟结果和实验结果对照,证明了模型的合理性.利用模型计算了孔道内的浓度和温度分布、不同运行参数对NO转化率的影响,及催化剂孔大小与孔形状对脱硝效率的影响.模拟计算结果表明,沿孔道方向反应物浓度逐渐降低,而温度略有提高;在反应温度为320～380℃、氨氮比为1.0～1.05和空速为3 200 h-1的运行条件下,单孔道SCR的NO转化率能达到65%以上;另外,通过对孔形状和孔大小的模拟计算发现,催化剂孔节距应设计小于10mm为宜,而催化剂选用蜂窝式较板式和波纹板式具有更高的NO转化率.     

选择性催化还原单孔催化剂数值模拟

考虑内外扩散以及副反应的影响,采用Fluent软件,建立了选择性催化还原(SCR)脱硝反应单孔催化剂三维模型,并以E-R反应动力学为基础,研究了运行参数和催化剂壁厚对脱硝效率和SO_2转化率的影响。结果表明:SCR脱硝反应工作温度区间较宽,为553~653K;当温度超过653K,由于副反应的加剧,脱硝效率显著下降;在催化剂中沿烟气流向温度略有升高,但放热现象不明显;随着氨氮摩尔比的升高,脱硝效率逐渐升高,SO_2的转化率降低,氨逃逸增加;随着空速的增加,脱硝效率和SO_2的转化率均降低;SO_2转化率随催化剂壁厚的增加而线性增加,但由于内扩散的限制,脱硝效率随催化剂壁厚的增大而显著降低。     

制备参数对V_2O_5/TiO_2催化剂脱硝性能的影响

研究分析了制备参数对V2O5/TiO2催化剂选择性催化还原脱硝性能的影响,考察了V2O5/TiO2催化剂的抗水抗硫性能。结果表明,载体TiO2的比表面积越大,结晶度越弱,越有利于V2O5/TiO2催化剂上的SCR反应;在煅烧温度为500℃和煅烧时间为5 h的条件下制备的1 wt.%V2O5/TiO2催化剂具有最高的脱硝活性,在典型的SCR反应温度范围(300～400℃),NO转化率达到92.7%～98.8%;随着催化剂上V2O5担载量的增加,有序的V2O5晶体随之增加,反应温度的升高将导致N2O生成量的增多,降低催化剂的选择性;当烟气中含有10%H2O和(0～0.2%)SO2时,对V2O5/TiO2催化剂的脱硝活性影响不大。     

Ag/Al2O3催化剂上C3H6选择性还原脱除烟气中NO

在Autosorb-1-C物理化学吸附仪上测定了Ag/Al2O3催化剂的比表面积、孔容等物理特性,并采用该催化剂和C3H6还原剂对NO脱除过程进行了试验研究。结果表明,在适宜的反应温度和空速范围内,所制备的催化剂具有良好的脱氮活性;除温度和空速外,催化剂中Ag的负载量、C3H6与NO的摩尔比、烟气中氧含量和NO初始浓度等因素对催化剂反应性能有较大影响。试验确定的最佳反应温度为450℃~500℃,最佳Ag负载量为2%左右。     

选择性非催化还原脱除氮氧化物的影响因素分析

进行以NH3作为还原剂的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)转化氮氧化物(NOx)的试验研究。考察SNCR转化NOx的各影响因素：温度,初始NH3和初始NOx摩尔浓度的比值h,NOx体积浓度,O2体积浓度,停留时间等对NOx转化率的影响。结果表明在900~1 050 ℃的温度范围内,SNCR可以得到较高的NOx转化率。并且在该温度范围内,h值由0.8变化到1.6时,NOx转化率显著增加。通过对试验数据进行数理分析,对SNCR转化NOx各因素的影响进行了定量研究,得出NOx转化速率与各因素的关系方程。同时考察了H2O2作为添加剂对SNCR的影响,发现H2O2作为添加剂能够降低SNCR对反应温度的要求,对NH3的逃逸有抑制作用,并从机理上给予了解释。     

Mn-Y／TiO2低温NH3选择性催化还原NO性能研究

研究了稀土金属Y掺杂MWTiO2催化剂的低温NH3选择性催化还原NO性能。采用溶胶凝胶法制备Y掺杂的TiO2载体,负载前驱体硝酸锰构成了Y掺杂的Mn-Y／TiO2催化剂。考察Y的掺杂量,操作条件如反应温度、氧含量、进口NO浓度和空速等因素对其催化还原NO性能的影响。结果表明,Y与Ti的最佳摩尔比为1．5％,X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）分析Y掺杂抑制了锐钛矿晶相的转移,有利于催化剂比表面积增大,从而提高催化剂的活性;在反应温度180℃、空速14000h-1、氧含量为3％、NO浓度0．060／0及体积比 φ（NH3）/φ（NO）为1的条件下,Mn负载量为5％,焙烧温度500℃下制备的MnTiY催化剂对NO的转化率达到93．5％。     

用于选择性催化还原烟气脱硝的V_2O_5/TiO_2催化剂钾中毒动力学研究

基于催化剂颗粒中毒的渐进壳模型,依据SCR反应的Eley-Rideal机制,对颗粒状V2O5/TiO2催化剂的钾中毒动力学进行研究,建立了V2O5/TiO2催化剂的钾中毒动力学方程。以催化剂的活性保留分率为桥梁,利用模型预测值和实验值建立了催化剂上钾沉积量与反应时间的关系。模拟了烟气中钾浓度和催化剂钾中毒反应速率常数的耦合对催化剂活性保留分率的影响,模型结果催化剂实际运行结果相符合。这表明文中建立的V2O5/TiO2催化剂钾中毒动力学模型是合理的。     

选择性催化还原催化剂在燃煤电厂中应用的注意事项

根据选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂的特点,指出脱硝催化剂在燃煤电厂应用中应注意活性降低的问题,通过化学机理分析概括了导致催化剂失活的主要原因有:烧结、碱金属中毒、砷中毒、钙的影响、催化剂的磨损和堵塞等,阐述了燃煤电厂应用SCR技术时对催化剂的要求.根据实际工程应用经验,介绍了催化剂在工程应用操作中的注意事项.     

SO2对于铁基硫酸盐的NH3选择性还原NO催化活性的影响

以硫酸亚铁热解产生的铁基硫酸盐催化剂的选择性催化还原反应活性为对象,研究了300-500℃范围内S02对于该催化剂催化性能的影响。通过固定床实验,原位红外漫反射测试NH,吸附实验测试了催化剂的脱硝活性、选择性及NH3的吸附情况。实验结果表明：S02促进了铁基硫酸盐催化剂的选择性催化还原反应活性,提高了NH,的选择性。原位红外光谱实验进一步证实SO2的吸附增强了催化剂表面的BrФbnsted酸性位,促进了NH3的吸附,有利于NH3与NO的反应,从而体现出较强的脱硝活性。考虑到脱硝活性以及NH3选择性的情况,选取350℃为主要反应温度比较合适。     

一种改性选择性催化还原催化剂及其对零价汞的催化氧化性能

利用溶液浸渍法制备了一种氯化铜改性的选择性催化还原(SCR)催化剂(Cu Cl2/SCR)。用X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱分析(XRF)等对Cu Cl2/SCR催化剂的结构进行了表征,在自制的催化剂活性实验台上,用模拟烟气对催化剂Hg0的催化氧化性能进行了研究。结果表明:催化剂中的Cu Cl2在高温(HCl+O2)气氛中能"可逆"释放活性氯;Cu Cl2的引入显著提高了催化剂在低氯烟气(HCl浓度在0~81.5 mg/m3)中对Hg0的催化氧化效率;Hg0的氧化率随烟气中HCl浓度和催化剂中Cu Cl2负载量的增加而增加;烟气中的NH3和SO2能阻止Hg0在催化剂表面的吸附,导致Cu Cl2/SCR催化剂在SCR条件下对Hg0的催化氧化效率较纯氧化条件有所降低,但Cu Cl2/SCR仍保持了较高的Hg0催化氧化效率(可高达98%);Cu Cl2/SCR催化氧化Hg0的机制为Mars-Maessen机制。Cu Cl2/SCR兼具较高的脱硝性能和Hg0氧化性,可用于低氯燃煤烟气同时脱硝脱汞。     

选择性催化还原脱硝技术在电站锅炉上的应用

介绍和分析了选择性催化还原(SCR)技术烟气脱硝工艺及其化学反应机理.阐述了影响SCR脱硝效率的几个主要因素.并以福建后石电厂SCR装置(高尘布置方式)为例总结分析了选择性催化还原脱硝技术对电站锅炉运行带来的系列性影响.并指出为保护环境,燃煤电站锅炉的NOx排放需得到有效控制.SCR技术将在中国NOx减排中得到广泛应用.     

MnO_x-WO_3/TiO_2用于NH_3选择性催化还原NO_x的性能与抗SO_2毒性研究

研究了Mn-W/TiO2用于NH3选择性催化还原NOx体系的催化反应性能,探索了不同温度条件下该催化剂对抗不同SO2浓度的抗毒性能。结果显示WO3能够增加活性酸中心的数量和酸性,是MnOx/TiO2非常有效的助催化剂。在气体体积空速(gaseous hourly space velocity,GHSV)为18900h-1时100～350℃范围内,Mn-W/TiO2催化剂还原NOx的转化率高达80.3%～99.6%,N2选择性达100%～98.7%。当反应气中有0.01%SO2和6%H2O时,120℃NOx转化率可维持在98.5%,当SO2浓度超过0.01%时,则需将反应温度升高到250℃以上才可消除其干扰,而当SO2浓度高达0.07%时,300℃下转化率可长期维持在99%,达到了商用V-W/TiO2催化剂的水平。对于NH3选择性还原NOx体系Mn-W/TiO2显示了极好的催化性能,是目前抗SO2毒性最强的催化剂之一。试验发现,低温条件下,SO2对Mn-W/TiO2催化剂的影响是可逆的,随着反应温度的提高,活性将自然恢复。