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基于低温SCR脱硝催化剂研究进展

北极星环保网来源:《化工设计通讯》作者:熊国炀2017/6/12 14:28:31我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:低温脱硝 SCR技术 脱硝技术

北极星环保网讯:摘要:目前环境问题日益严峻,氮氧化物作为污染源引起了人们的高度关注,燃煤催化脱硝技术得到了高速发展,其中SCR技术能在200℃以下的反应温度将NOx高效变换为N2。从脱硝技术的反应机理出发,总结了目前的SCR脱硝技术,并对低温催化脱硝方面的发展做了展望。

关键词:选择性催化还原;低温;SCR脱硝;分子筛

随着环境的日益恶化,使得相关部门加强了氮氧化物(NOx)排放标准,2016年7月1日起,要求新建锅炉和原有锅炉的排放参照GB13271—2014标准[1],对NOx排放提出新的排放标准。原有锅炉要求小于400mg/m3,新建燃煤锅炉小于300mg/m3、新建燃油锅炉小于250mg/m3、新建燃气锅炉小于200mg/m3而SCR技术作为较成熟的脱硝技术,具备了良好的发展以及运用前景。

NOx会导致酸雨和光化学烟雾,控制NOx排放势在必行。从经济性和适用性上,目前被全世界范围内广泛接受的是氨选择催化还原SCR脱硝技术。NH3–SCR技术的成熟,使得其核心催化剂SCR得到广泛的研究,形成了以V2O5/TiO2系为主的商业催化剂,活性温度在320~450℃,并且可以避免SO2与NH3反应所生成的NH4HSO4和(NH4)2S2O7堵塞催化剂的孔结构而导致催化剂失活。

从可持续发展的角度,在排烟温度为120~200℃能高效催化的催化剂将成为当前的研究热点,避免了对锅炉的改造,或者对烟气进行加热,降低了操作成本与能量消耗。

1 SCR法的反应机理

目前,低温SCR脱硝技术已被运用在发电厂的电站锅炉中,其具体的原理是借助催化剂将氨、二氧化碳或碳氢化合物作为还原剂,继而可以将空气中的NOx逐步还原成N2,促进脱硝效果的实现。

自1970年以来,SCR技术得到了大力的发展,该反应机理也被重点研究,目前比较公认的机理有Eley–Rideal机理(E–R)和Langrnuir–Hinshelwood机理(L–H)[2],E–R机理指的是反应物中NH3或者NOx通过化学吸附吸附在催化剂表面,与气相中的NOx或者NH3相互反应。

而L–H机理反应为反应物中NOx和NH3首先在催化剂表面化学吸附,反应通过化学吸附态组分–NOx和–NH3之间相互进行[3],但其主要化学反应如下:4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O

3NH3+6NO2→7N2+12H2O

2催化剂的类型

2.1金属氧化物催化剂

目前来说,金属氧化物催化剂形成了V2O5/TiO2系为主的商业催化剂,V2O5是传统的负载型金属氧化物催化剂,TiO2和Al2O3是用陶瓷做载体的金属氧化物催化剂。但是以上被工业广泛应用的催化剂存在反应温度条件较高,不能匹配烟道气出口的温度,能耗较高。学者PENA将V、Cr、Mn、Fe等金属负载在TiO2上作最为催化剂时发现,在低温时Mn元素在反应中表现为多种价态,因此Mn的脱硝效果最好且N2的选择性高[4–5]。

KANTCHEVA[6]采用insituFTIR技术研究了MnOx/TiO2催化剂在低温时的脱硝过程,结果发现,在低温下Mn元素的不同价态可以吸附不同结构的硝酸盐,例如NO–/NOH和NO2/NO和O2,这些硝酸盐在催化剂的表面热稳定性低,所以在低温脱硝时效果好。

WU等[7]用共沉淀法制备了MnOx/TiO2,发现在150~250℃时NO转化率可以达到90%以上,并且发现当Mn/Ti的摩尔比小于0.4时,随着Mn含量增加脱硝效率提高,并且在氧气浓度为3%时脱硝效果最佳,WU还将过渡元素(Fe、Cu、Ni、和Cr)添加到MnOx/TiO2催化剂中,发现MnOx的负载量在Mn/Ti的摩尔比大于0.4时不再提升脱硝效率。

闫志勇等[8]利用共沉淀法制备了V2O5–WO3–MoO3/TiO2,并且得出在V/W/Mo/Ti的摩尔比为0.03、0.15、0.3时效率最高。学者发现过渡元素的混入可以很大程度提高催化剂活性,首要代表是铁元素,LONG等[9]将Fe与Mn负载到TiO2上,发现当Mn/Fe为1∶1时,催化剂活性高切N2的选择性很高。

延伸阅读:

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