Ce-Si改性的新型V2O5/TiO2催化剂高效抗碱金属中毒试验研究

摘要

NH3选择性催化还原NO是目前脱除烟气中氮氧化物最有效的技术。催化剂是整个SCR烟气脱硝系统的核心，本文主要研究开发一种高效抗碱金属中毒的新型催化剂，大大提高了传统催化剂的温度窗口、脱硝效率和抗碱金属中毒性能，具有重要的实际意义。
　　本文首先研究了新型改性催化剂的最佳组成和抗碱金属中毒性能。找到了最佳CeO2的负载比例为10％，最佳SiO2负载比例为0.3，温度窗口扩大至200-400℃，并且在该温度范围内，中毒前平均效率比传统VTi催化剂高18.6％，中毒后平均效率比传统VTi催化剂高65.5％，达到高效抗碱金属中毒的目的。然后对催化剂的空速适应性，抗SO2抗H2O性能，N2选择性，稳定性及经济性能进行了研究。同传统催化剂相比，新型改性催化剂具有更好的空速适应性和N2选择性，具有相当的较好的抗SO2抗H2O性能，稳定性和经济性。
　　同时总结了碱金属使催化剂中毒的主要作用机理。碱金属会优先吸附在V5+-OH上，减少Brφnsted酸性位吸附NH3的能力，同时使催化剂上Lewis酸性位数量降低，V的还原性下降，因此总体活性大大降低。碱金属的负载降低了载体和活性成分之间的相互作用和化学吸附氧浓度，降低了吸附位和还原位的反应位活性，因此催化剂的脱硝活性下降。
　　最后总结了Ce-Si改性催化剂具有高效抗碱金属中毒的原因。Ce和Si引入后，催化剂总的孔容积增大，粒径变小，表面形成了丰富的比表面积，有利于催化剂反应的进行，从而提高了催化剂的脱硝活性。Ce和Si引入催化剂后，催化剂表面形成丰富的Brφnsted酸性位(V5+-OH)和Lewis酸性位(V5+=O)，大大提高了催化剂的脱硝活性。同时，Ce和Si的引入提高了载体和活性成分之间相互作用和化学吸附氧浓度比，提高了吸附位和还原位的反应位活性，促进反应的进行，因此催化剂的脱硝活性和抗碱金属中毒的能力大大增强。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背秉

1．2 燃煤电站氮氧化物控制技术

1．2．1 低NOx排放燃烧技术

1．2．2 烟气脱硝技术

1．3 选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术

1．3．1 SCR催化剂的种类

1．3．2 钒钛系催化剂SCR反应机理

1．3．3 钒钛系催化剂的失活

1．3．4 钒钛系催化剂碱金属中毒及高效抗中毒催化剂研究

1．4．本文的主要研究内容

2 实验技术和方法

2．1 催化剂的制备

2．1．1 TiO2载体制备

2．1．2 TiO2-SiO2载体制备

2．1．3 TiO2、TiO2-SiO2载体上负载V2O5和CeO2

2．1．4 碱金属的负载(K2O)

2．1．5 制备好的催化剂

2．2 实验系统介绍

2．2．1 SCR反应器的设计

2．2．2 催化剂活性评价试验台

2．2．3 催化剂活性评价参数和条件

2．3 化学试剂和实验设备

2．4 催化剂的表征

2．4．1 催化剂比表面积和孔结构表征

2．4．2 高分辨透射电子显微镜(TEM)分析

2．4．3 X射线衍射(XRD)分析

2．4．4 NH3程序升温脱附(NH3-TPD)分析

2．4．5 H2程序升温还原(H2-TPR)分析

2．4．6 傅里叶交换红外光谱(Py-IR)分析

2．4．7 X射线光电子能谱(XPS)分析

3 新型CeVTiSi催化剂的试验研究

3．1 前言

3．2 添加CeO2对V2O5／TiO2的影响

3．3 添加SiO2对CeO2-V2O5／TiO2的影响

3．4 改性催化剂抗碱金属中毒实验研究

3．5 空速对新型催化剂性能的影响

3．6 SO2和H2O对新型催化剂性能的影响

3．7 N2选择性对新型催化剂性能的影响

3．8 新型催化剂稳定性试验

3．9 催化剂经济成本分析

3．10 本章小结

4 CeVTiSi催化剂高效抗碱金属中毒机理研究

4．1 前言

4．2 新型CeVTiSi催化剂结构特性研究

4．2．1 催化剂比表面积和孔结构分析

4．2．2 催化剂微观形貌分析

4．3 新型CeVTiSi催化剂结晶形态研究

4．4 新型CeVTiSi催化剂表面酸性研究

4．4．1 催化剂表面总酸量分析

4．4．2 催化剂表面酸类型分析

4．5 新型CeVTiSi催化剂表面还原性研究

4．6 新型CeVTiSi催化剂表面形态研究

4．7 碱金属K2O对催化剂作用机理分析

4．8 CeO2和SiO2对V2O5／TiO2催化剂作用机理分析

5 全文工作总结及展望

5．1 全文总结

5．2 主要创新

5．3 未来工作展望

参考文献

作者简介及攻读硕士学位期间主要的研究成果