SCR脱硝技术在非电行业烟气治理中的应用进展

(3)合理设计催化剂几何结构。SCR反应和SO2氧化反应的速率不同,导致其在催化剂上反应的位置不同。合理控制催化剂活性组分厚度和分布,既降低SO2氧化率又节省成本。由于蜂窝状催化剂孔道内壁对气流的黏滞作用,距离壁越近,气体流速越小,停留时间越长。基于此原理,设计如图3所示的催化剂,可显著减缓SO2氧化。根据毛细冷凝现象,增大催化剂孔径有利于降低孔内SO2浓度,从而降低SO3生成速率和平衡浓度,抑制SO2氧化。

图3 根据气体扩散速度调整活性组分分布的催化剂示意图

2.2催化剂碱金属中毒机理及抗碱金属中毒催化剂开发

碱金属与催化剂中活性位具有强烈相互作用,中和催化剂中酸性位,减少催化剂对NH3的吸附而导致其失活。增强催化剂抗碱金属中毒能力的方法包括采用强酸性甚至超强酸性材料作为催化剂载体和增加活性组分的量等。分子筛具有大的比表面积和较多酸性位,担载Cu等过渡金属的分子筛催化剂具有较强的抗碱金属中毒能力;通过硫酸硫化、杂多酸修饰和离子交换等方法增强载体酸性可显著增强催化剂抗碱金属中毒能力;增大催化剂比表面积,增加活性组分的量同样显著增强催化剂抗碱金属中毒能力;Huang等开发了一种SCR活性位和碱金属吸附位分开的黑锰矿氧化锰催化剂,碱金属优先吸附于碱金属吸附位,显著缓解催化剂碱金属中毒,为新型抗碱金属中毒催化剂的开发提供了良好思路。

2.3 NOx与VOCs协同脱除

SCR催化剂对挥发性有机物具有一定的氧化脱除能力。V2O5/TiO2催化剂对包括含氯有机物在内的多种挥发性有机物具有良好的催化氧化效果。而Gallastegi-Villa等通过ZSM5分子筛对传统VO2/TiO2催化剂进行了改进,制备了VO2/TiO2/ZSM5催化剂,显著提高了催化剂酸性,并对NO和邻二氯苯表现出良好的同时脱除能力。Gan等通过共沉淀法制备了MnO2-CeO2催化剂,发现氯苯氧化和NOx还原在其表面具有协同促进的作用。真实环境中挥发性有机物种类繁多,而且,有机物未充分氧化将导致结焦积碳现象而使催化剂失活。因此,改善催化剂性能,提高其对多种挥发性有机物和NOx的脱除性能,提高其抗结焦中毒能力,并探究中毒催化剂的适宜再生方法,对垃圾焚烧等同时存在大量VOCs和NOx的烟气治理具有重要意义。

3 总结

非电领域自身范围广、细分行业多,不同行业间生产工艺差异大,污染排放特性各不相同,相应的污染物治理工艺也不完全相同。而脱除效率高、易升级改造的SCR脱硝技术对满足现在和将来的非电领域烟气脱硝需求具有重要意义。同时,含有一定浓度SO2、碱金属和碱土金属含量高、挥发性有机物含量高及低温的烟气环境将是SCR催化剂面临的严峻考验。因此,提高SCR催化剂低温活性,同时提高抗硫铵盐、抗碱金属和碱土金属中毒能力,增强催化剂对NOx和VOCs的协同脱除性能,是未来SCR催化剂发展的重要方向。

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