钒钼体系列中低温SCR脱硝催化剂的研究

摘要

氨选择性催化还原法(NH3-SCR)脱除NOx是目前主流的固定源NOx脱除技术，该技术的核心是SCR脱硝催化剂。目前商用SCR脱硝催化剂主要是以V2O5为活性成分、WO3（或MoO3）为助剂、TiO2为载体的V2O5-WO3(MoO3)/TiO2型蜂窝、平板或波纹板式催化剂。该催化剂在燃煤电厂已有广泛应用，其适用的温度窗口为300-420℃。当温度低于300℃时，该催化剂无法适用。然而，当燃煤电厂处于低负荷运行时，烟气温度往往会低于300℃，此时常规SCR脱硝催化剂必须停止使用（停止喷氨）;此外，除火电行业以外，钢铁冶炼、玻璃制造等多个行业的工业锅炉其烟气温度一般都在300℃以下（如钢铁行业的焦炉烟气温度一般为250-300℃，烧结机烟气温度一般仅为180-200℃，玻璃窑炉脱硝段烟气温度为230-290℃）。基于此，极有必要研发适用于中低温(180-300℃)烟气条件的SCR脱硝催化剂。
　　本研究针对中低温锅炉烟气脱硝的技术需求，采用等体积浸渍法，以V2O5为活性组分、MoO3为助剂，制备了高钒高钼含量的V2O5-MoO3/TiO2型粉末和平板式SCR脱硝催化剂，考察了活性组分和助剂含量对催化剂活性以及抗SO2和H2O中毒性能的影响，对反应前后的催化剂进行了微观表征，并针对最优催化剂研究了其在不同烟气工况下催化剂的脱硝性能。结果表明，提升V2O5负载量可以有效提高催化剂的脱硝活性;MoO3助剂的添加也可以提高催化剂的脱硝活性，而且会影响催化剂中V4+/V5+比值、化学吸附氧比例等性质，还可效抑制SO2和H2O对催化剂的毒化作用。3 V2O5-10MoO3/TiO2平板式催化剂在温度为200℃、空速为3500 h-1含SO2和H2O烟气条件下，经30天连续反应，脱硝效率稳定维持在82％左右，该催化剂在中低温下具有优异的抗SO2和H2O中毒性能以及稳定性。最后对开发的中低温SCR脱硝催化剂进行了改性研究，考察了前驱物溶液pH、硫酸化处理、金属氧化物掺杂等改性手段，进一步提高了催化剂的脱硝效率。考虑到精确控制pH与硫酸酸化处理对催化剂效率提升程度较小，而操作工艺较复杂，工业应用难度较大，最终选择X金属氧化物掺杂对催化剂进行改性。在此基础上考察了改性后的板式催化剂抗SO2、H2O中毒特性，以及烟气工况对其脱硝性能的影响。结果表明改性后的中低温SCR板式脱硝催化剂保持了原有催化剂优异的抗SO2、 H2O中毒性能，且一定程度提高了催化剂低温区的脱硝活性，对烟气工况有良好的适应性，有望实现工业推广生产应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 氮氧化物(NOx)的危害及来源

1．1．1 NOx的危害

1．1．2 NOx来源

1．1．3 燃烧过成中NOx的生成机理

1．2 NOx减排政策和技术

1．2．1 钢铁行业NOx排放要求

1．2．2 其他工业锅炉NOx排放要求

1．2．3 NOx减排技术

1．3 SCR脱硝技术

1．3．1 SCR脱硝原理

1．4 中低温SCR脱硝催化剂的国内外研究现状

1．4．1 锰基催化剂

1．4．2 钒基催化剂

1．4．3 铈基催化剂

1．4．4 贵金属催化剂

1．4．5 沸石分子筛型催化剂

1．4．6 催化剂抗中毒性能的研究

1．4．7 中低温脱硝相关技术和专利

1．5 课题提出及研究内容

第2章 实验系统与研究方法

2．1 催化剂制备方法

2．2 实验试剂与仪器

2．3 催化剂活性评价系统

2．4 催化剂的表征系统

2．4．1 催化剂比表面积(BET)分析

2．4．2 X射线荧光光谱(XRF)分析

2．4．4 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析

第3章 中低温SCR脱硝催化剂的开发

3．1 催化剂的制备

3．1．1 粉末催化剂的制备

3．1．2 平板式催化剂的制备

3．2 催化剂脱硝性能测试条件

3．3 催化剂组成对脱硝性能的影响

3．3．2 MoO3负载量对催化剂的影响

3．4 粉末催化剂抗SO2、H2O中毒性能

3．5 平板式催化剂抗SO2、H2O中毒性能

3．6 催化剂的表征

3．6．1 BET分析

3．6．2 XRF分析

3．6．3 XPS分析

3．6．4 FT-IR分析

3．7 烟气条件对催化剂脱硝性能的影响

3．8 本章小结

第4章 中低温SCR脱硝催化剂的改性研究

4．1 前躯体溶液pH对催化剂低温脱硝效率的影响

4．1．1 催化剂的制备

4．1．2 催化剂脱硝性能测试条件

4．1．3 催化剂脱硝效率

4．2 硫酸酸化处理对催化剂脱硝活性的影响

4．2．1 硫酸酸化预处理催化剂的制备

4．2．2 催化剂脱硝性能评价条件

4．2．3 催化剂的脱硝效率

4．3 金属氧化物掺杂改性对催化剂脱硝效率的影响

4．3．1 催化剂的制备

4．3．2 催化剂脱硝性能测试条件

4．3．3 催化剂脱硝效率

4．4 板式脱硝催化剂的制备与抗中毒性能分析

4．4．1 板式催化剂的制备

4．4．2 板式催化剂抗SO2、H2O中毒性能评价条件

4．4．3 板式催化剂抗SO2、H2O中毒性能

4．5 烟气工况对改性板式催化剂脱硝性能的影响

4．5．1 温度对板式催化剂脱硝性能的影响

4．5．2 空速对板式催化剂脱硝性能的影响

4．5．3 初始NO浓度对板式脱硝催化剂脱硝性能的影响

4．5．4 初始SO2浓度对板式脱硝催化剂脱硝性能的影响

4．6 本章小结

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢