钒基脱硝催化剂SO2氧化率控制研究进展

摘要

SO3是燃煤机组烟气关键污染物之一,影响机组稳定运行、大气环境质量和人类健康。笔者总结了控制商用SCR脱硝催化剂SO2氧化率的研究进展,包括孔结构调整、隔离层、降低壁厚、形态调整等物理方案,以及载体、助剂、活性组分及表面酸性优化等化学方案。由于受动力学因素影响(扩散控制),脱硝反应仅发生在催化剂表面75~100μm厚度以内(脱硝区域),而SO 2氧化反应可在整个壁厚内发生(区域),因此减少参与SO 2氧化反应的活性组分数量是物理方案的主要内容。在钒基脱硝催化剂中,活性组分V2O5既可以选择性催化还原NOx,也可将SO2催化氧化为SO3,调控活性组分与载体的相互作用,使NH3、SO2在催化剂表面形成竞争吸附,抑制催化剂对SO 2的吸附,降低活性物种氧化还原能力,是化学方案的有效方法。物理方案较适用于板式脱硝催化剂,而化学方案对于催化剂结构无特殊要求,且化学方案较物理方案具有更好的效果。各技术方案主要基于脱硝反应属于气固非均相催化反应体系特点,从氨气、SO2等反应物扩散、吸附、氧化还原反应等多种角度出发对催化剂配方、物理结构进行优化调整,从而实现脱硝主反应活性K(NOx)与SO2氧化副反应活性K(SOx)的平衡。在商用低SO2氧化率脱硝催化剂开发中,可综合考虑扩散、吸附、氧化还原能力等多种因素对催化剂性能的影响,同时采取多种方案对催化剂进行改性,在保证催化剂脱硝性能的前提下,显著降低催化剂的SO 2氧化率。在燃煤机组超低排放要求下,脱硝催化剂使用量或催化剂中活性组分含量明显增加,脱硝系统对SO2氧化率由1%升高到1.5%左右。同时考虑到超低排放要求下后端处理设备对SO3脱除的压力,新型脱硝催化剂SO 2氧化率至少应降低1/3以上。