低温焦化烟气脱硝催化剂制备与中试验证研究

图3(a)表明,优化配方后的A样品具有最好的低温活性,200℃其NO转化率即可达到70%以上,并于300℃达到接近100%NO转化率。对样品A进行抗水抗硫测试(图3(b))表明:模拟烟气中引入500×10-6SO2略微增加了催化剂脱硝活性,这可能是由于SO2导致活性组分与载体部分硫酸化,增加了催化剂表面酸性位点和氨吸附能力,促进了催化剂的脱硝活性[9];但是,如引入18%水蒸气,导致催化剂脱硝活性显著下降,而且温度越低对催化剂活性的负面影响越大,但是当温度大于250℃以后,水蒸气对催化剂活性影响逐渐减弱,250℃时其NO转化率仍然可以达到80%以上。

据刘亭等[10]认为水对脱硝催化剂活性的负面影响主要是由于水与氨的竞争吸附,减弱了氨的吸附,降低了催化剂的活性。图3(c)测试了A样品在250℃、500×10-6SO2和18%H2O条件下抗硫抗水稳定性,结果表明该催化剂在测试的50h以内催化剂活性保持稳定。

催化剂组成和结构的均一性是其获得高活性的前提,样品的扫描电镜图(SEM)表明催化剂是由20~50nm的颗粒组成且分散均匀,XRD曲线仅探测到TiO2晶体衍射峰(25.3°、37.9°、48.4°),没有观察到活性组分和助剂的衍射峰,表明活性组分和助剂在载体表面的高分散性(图3(d))。

2.2低温催化剂生产与产品指标

图4(a)~(d)分别为蜂窝体脱硝催化剂连续生产的反应混料、过滤挤出、烘干和焙烧等催化剂制备主工艺。

图4催化剂生产线与催化剂产品

图4(e)为该连续生产线所生产的蜂窝脱硝催化剂产品。该生产线年生产量最高可达到3000m3/a,蜂窝体催化剂产品合格率大于99%。而且,通过调变挤出泥料的塑性和滑性,换用不同规格的磨具,依据不用的应用需求,可以生产20孔、30孔、40孔等不用规格的蜂窝体催化剂。另外,蜂窝体长度可由挤出和切割工段依需求裁定。

表1,2为连续生产催化剂理化和性能指标检测结果。表1表明,该催化剂产品的理化性能指标很好满足设计要求,该催化剂的径向抗压强度、轴向抗压强度和磨碎强度要显著优于一般的蜂窝体脱硝催化剂。较好的催化剂强度和耐磨性不仅可以减少催化剂运输和使用过程中的破碎,延长催化剂的寿命,而且有利于避免催化剂的再生过程的破损,可有效降低催化剂的成本。

表2对3根催化剂串联活性评价表明,催化剂可在200℃以上达到90%以上的氮氧化物转化率,并可保持出口氨逃逸不超过3×10-6,可满足低温脱硝工业应用的要求。SO2氧化率在测试温度范围内,均低于1%,而且温度越低,SO2氧化率越低,表明催化剂较好的抗硫性能。另外,催化剂单层压降低于120Pa,完全满足工业应用对压降的要求。

2.3催化剂中试性能验证

催化剂低温脱硝中试择址于山西孝义东义焦化集团焦化锅炉烟气。中试测试期间,烟气氮氧化物含量依锅炉操作工况的变化在450×10-6~700×10-6波动,水汽含量在15%~25%,烟气温度270~320℃。焦化直排烟气中烟气SO2含量高达500×10-6以上,且含有3×10-6~10×10-6的SO3。干法脱硝除尘后烟气SO2含量小于200×10-6,SO3含量小于1×10-6。

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