低温SCR脱硝催化剂的研究进展-北极星大气网

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1前言

随着国家节能减排等战略的持续推进，燃煤电厂的烟气脱硝技术已渐趋成熟。大气治理中非电力行业比例逐渐上升，而其中的部分行业排放的烟气温度较低，例如焦化、水泥、玻璃、工业锅炉、垃圾焚烧等行业，因此研究高效的低温脱硝技术是目前脱硝工艺的重要方向。

目前商用催化剂主要是V₂O₅-WO₃、MoO₃ /TiO₂，以TiO₂为载体、V₂O₅为活性组分、WO₃或MoO₃为活性助剂，活性助剂的添加提高了催化剂的高低温活性并有效抑制副反应的发生。该催化剂属于中高温催化剂，活性温度窗口在300～400℃，在低于或高于此温度范围内，催化剂脱硝活性开始下降，并发生可逆/不可逆中毒失活，不能满足排放烟气温度在300℃以下工业的需求，若采用烟气再加热后脱硝的工艺，则会导致能源消耗增大。利用低温SCR脱硝可以将脱硝工艺放在除尘或脱硫工艺之后，减少烟尘对催化剂的磨损和中毒效应、避免烟气再加热，从而提高能效、节约运行成本。因此，研究高效的低温脱硝催化剂性能对低温脱硝行业有着十分重要的意义。

1低温催化剂研发方向

低温脱硝催化剂难点：

(1)脱硝活性低：脱硝催化剂活性一般随着烟气温度的降低而降低，当温度低于200℃时，现有低温催化剂的活性较低，会造成脱硝效率不达标，还会导致氨逃逸超标等二次污染问题;

(2)抗硫中毒性能差：烟气中的SO₂和SO₃，会和催化剂活性位发生反应，导致活性位数量的减少以及脱硝性能的下降。

(3)堵塞中毒严重：烟气中的SO₂经氧化形成的SO₃会和NH₃反应生成硫铵盐，附着在催化剂表面，造成催化剂活性位的覆盖，而且硫铵盐会进一步吸附烟气中的飞灰，加剧堵塞，导致催化剂快速失活。

(4)水蒸汽耐受性差：低温SCR脱硝过程中，烟气中存在的水蒸气，会通过物理竞争吸附和化学吸附干扰反应，影响催化剂的脱硝效率。

低温SCR脱硝催化剂在选择性催化、使用寿命、性能稳定、催化效果等方面还处于研究阶段。研究过程中，SO₂和水蒸汽对催化剂有一定的毒害作用，通过改进催化剂的制备方法、选择合适的催化剂活性成分和载体，提高催化剂的SO₂和水蒸汽耐受性。因此，需在开展低温SCR脱硝催化剂抗水蒸汽、抗SO₂性能上进行深入研究。

1华电光大钒基低温催化剂技术进展

针对低温SCR脱硝，北京华电光大环境股份有限公司研发出华北电力大学国家生物质实验室，通过对催化剂理论分析、性能评价和实验表征，分析各组分赋存形态与催化剂性能之间的关系，解释催化剂抗中毒机理，成功地研发出高效的低温平板式钒基脱硝催化剂。

1.1技术突破点

(1)优化催化剂配方：通过理论计算和实验研究，开发出不易发生活性中心硫酸化的催化剂配方。

(2)控制前驱物和负载量，改进制备方法。

(3)改进助剂配方和制备工艺：改善助剂与活性组分之间的交互作用，形成抑制SO₂氧化的结构，避免硫酸氢铵在催化剂表面的沉积。

1.2优势

(1)低温下脱硝活性高

在150-280℃温度区间内都具有良好的催化活性：（a）通过调整加工方式优化了催化剂孔结构，合适的孔结构提高了氧气的扩散，增加了氧分子的吸附。（b）配方优化，增加了晶格缺陷，增加了晶格氧（O₂-），提高了反应氧的量。（c）通过催化剂的酸化，增加酸性位，尤其是增加B酸的酸位，有利于进一步增加化学吸附氧。

图1 低温催化剂与常规催化剂脱销效率比较

(2)抗低温硫中毒能力强

从降低二氧化硫氧化率和减少硫酸氢铵生成两方面入手，提高催化剂的抗SO₂、H₂O中毒能力，减少使用寿命周期内的催化剂的再生频率，降低硫铵的生成。

图2 抗低温硫中毒能力研究

华电光大低温催化剂经半工业化试验验证，在烟气温度150℃烟尘主要为钾盐和钠盐的条件下，连续运行三个月依然保持有较高的脱硝效率（80~90%）和抗碱中毒性能力。同时，华电光大致力于低温区、抗堵塞、抗中毒SCR脱硝催化剂的研发，拥有完全自主知识产权和专利群，并在2019年荣获国家科学进步二等奖和教育部科学技术进步一等奖。

华电光大低温脱硝催化剂适用范围广，在150-280℃的温度区间内能保持较好的活性；SO₂转化率极低，硫铵盐生成量低；需用反应器体积小，初投资少；可针对客户所提供的烟气参数量身定制最佳催化剂方案，开发出适用于焦炉、水泥、玻璃、烧结机、工业锅炉等行业的脱硝系统

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