低温SCR脱硝催化剂研究进展

氮氧化物NOx(NO, NO2和N2O)是全球大气污染的主要污染物之一,引起光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏等环境问题,严重影响人们的生存环境和生活质量,引起了世界各国的广泛关注。针对固定源和移动源燃烧排放,各国制定了日益严格的排放标准。目前主要的脱硝技术分为选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、氧化脱硝和活性炭吸附脱硝等。SNCR的应用有较高的条件,影响其成功运行的主要因素有温度、氨氮比、氨气在烟气中的分布和停留时间等,故SNCR的工业应用存在一定的局限性。SCR脱硝技术比其它脱硝技术应用更广泛,其中脱硝多安排于除尘脱硫后,此时温度多处于100?250℃之间。为提高SCR脱硝性能,低温SCR脱除NOx是目前研究最热门的烟气脱硝技术。本工作综述了近年来低温SCR脱硝催化剂的研究进展,介绍了锰基催化剂、钒基催化剂及碳基催化剂的发展现状,对单组分Mn基催化剂、负载型Mn基催化剂和复合型Mn基催化剂进行了综述,从V基催化剂的制备对脱销的影响和脱硝机理进行了表述,综述了过渡金属掺杂对C基催化剂的影响,阐述了烟气中H2O和SO2对催化反应的影响及低温SCR反应的脱硝机理,对低温SCR催化剂进行了总结并对其未来发展进行了展望。     

低温SCR烟气脱硝催化剂的研究进展

介绍了SCR反应的原理,重点综述了贵金属催化剂、金属氧化物催化剂、分子筛催化剂、碳基催化剂等低温脱硝催化剂的研究进展。同时,对催化剂应用中存在的主要问题进行了总结,并对SCR催化剂的研究方向进行了展望。     

商用SCR催化剂催化生成SO3特性

选择性催化还原(SCR)设备可以有效脱除烟气污染物NO_x,但也会催化生成SO₃,从而危害设备安全和大气环境。本研究在模拟SCR实验台基础上考察了温度、烟气气氛和催化剂组分对SCR催化剂催化生成SO₃的影响,并采用X射线荧光光谱(XRF)和X射线光电子能谱(XPS)分析了催化剂在反应前后的变化。结果表明：温度升高会提高SO₃的生成率;O₂含量对SO₃的生成产生影响,但是O₂含量超过2%后影响微小;增大SO₂浓度会降低SO₃生成率,但SO₃总量仍不断提升;一定浓度的NH₃显著抑制了SO₃的生成,同时产生大量硫铵盐沉积物,而NO_x中的氧化性气体NO₂会提高催化剂中V⁵⁺的比例,促进SO₃生成;实际反应过程中脱硝与SO₂氧化存...     

低温SCR锰系脱硝催化剂的研究进展

氮氧化物(NO_x)是大气环境的主要污染物之一,对人体健康和生态环境都会造成巨大的危害。选择性催化还原(SCR)是有效的烟气脱硝技术之一,而催化剂是脱硝技术的关键。近年来,锰系金属氧化物催化剂由于在低温SCR反应中表现出优良的催化活性得到了广泛的关注。综述了锰系低温SCR脱硝催化剂的的研究现状,按照非载体型和载体型催化剂进行了介绍,阐述了载体、元素掺杂等因素对锰系催化剂活性的影响,良好活性的催化剂须具有较高的比表面积、无定型的晶态结构。展望了锰系低温SCR脱硝催化剂的研究重点,为进一步研究和提高性能优良的低温锰系SCR脱硝催化剂提供参考信息。     

一种典型钒钛系SCR催化剂SO3生成特性研究

选择性催化还原（SCR）技术由于脱硝效率高、选择性好而被广泛应用于烟气氮氧化物排放控制;然而,目前广泛采用的钒钛系SCR脱硝催化剂会使烟气中SO₂氧化成SO₃,烟气中过高的SO₃对电厂安全运行会造成严重影响,也会对环境造成污染。以典型V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂为研究对象,系统研究了SCR脱硝过程中烟气流量、温度、O₂浓度、SO₂浓度等对催化剂表面SO₃生成特性的影响,并进一步对SO₃生成的反应动力学特性进行了分析。研究表明：催化剂表面SO₃生成反应中SO₂的反应级数为0.59,当O₂浓度大于3%时,O₂的反应级数为0,该反应的表观活化能为70.39 kJ/mol;实验条件下,烟气中SO₂浓度增加会使SO₃生成的反应速率提高;O₂浓度对催化剂表面SO₃生成影响并不显著;烟气温度对催化剂表面SO₃生成具有显著影响,高温会促进SO₃的生成。     

炭基材料低温SCR烟气脱硝催化剂的研究进展

燃煤电站机组低温SCR技术研究是近年来烟气脱硝技术研究的主要方向,低温SCR催化剂是该技术的核心,炭基材料因其比表面积大和孔隙结构发达在低温SCR催化剂研发中占重要地位。综述炭基材料包括活性炭、碳纳米管、活性炭纤维、碳包覆材料和活性焦在低温SCR催化剂的研究进展,对多种炭基材料的催化反应机理进行阐述,总结水和二氧化硫对炭基材料催化剂性能的影响,为炭基材料在低温SCR催化剂进一步研究提供参考。     

燃煤电厂废旧SCR脱硝催化剂中TiO2载体的回收与再利用

以燃煤电厂废弃SCR脱硝催化剂为研究对象,考察了浸出时间、温度、液固比和NaOH浓度对碱浸过程Al、Si、V、W、Ti等元素浸出率以及浸出渣比表面积、孔容的影响。结果表明,碱浸的最优工艺条件为反应时间180 min、温度160℃、液固比15 ml·g^-1、NaOH浓度2.5 mol·L^-1。在最优工艺条件下得到的浸出渣主要成分为锐钛矿型TiO₂,经稀硫酸洗涤后作为载体,通过负载与新鲜催化剂相同含量的WO₃和V₂O₅,制备了V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂。对催化剂进行脱硝活性评价,结果表明,再生载体制备的催化剂脱硝活性恢复至新鲜催化剂水平,300℃时NO转化率达到97.8%,且具有良好的抗硫抗水性。     

SCR脱硝催化剂发展现状与前景分析

选择性催化还原反应(SCR)技术是目前工业上应用最广的一种脱硝技术,主要应用在火电厂脱硝和汽车尾气处理两个领域。在SCR工艺体系中,催化剂是重要组成部分,它的结构和性能直接影响SCR体系的脱硝效果。目前国内最常用的SCR催化剂是以V_2O_5/TiO_2为主的钛基钒类催化剂。未来十年,国内的SCR催化剂行业将进入平稳需求阶段,但由于国内现有的产能仍低于市场规模,因此本行业仍然具备着持续上升的空间。     

低温氨-选择性催化还原氮氧化催化剂的研究进展

氮氧化物(NOx)的排放对人类健康和植物生长造成了严重危害,对其进行净化治理刻不容缓。火电厂烟气是NOx的主要来源,氨-选择性催化还原(NH₃-SCR)技术可对其排放进行有效控制。V₂O₅-WO₃(MoO₃)/TiO₂脱硝催化剂的工作温度偏高,不能满足低温宽工作温度窗口等工况的需要,因此,开发具有宽工作温度窗口的低温脱硝催化剂成为研究热点,其中,钒基、锰基金属氧化物催化剂和金属离子交换分子筛催化剂的研究最为广泛。探讨催化剂脱硝性能的关键影响因素、抗水抗硫性能以及反应机理,有助于为高效、实用的低温脱硝催化剂的设计和开发提供科学依据。从钒基金属氧化物催化剂、锰基金属氧化物催化剂、金属离子交换的分子筛催化剂、低温脱硝催化剂的抗水抗硫性能以及低温NH₃-SCR反应机理等方面对近年来国内外低温脱硝催化剂的研究进展进行综述。今后需要解决N₂选择性不够理想、抗水抗硫性能差、低温工作温度窗口较窄和反应机理不统一等问题。     

燃煤烟气低温NH3-SCR脱硝工艺中试

国内对于低温脱硝催化剂的研究主要集中在实验室的小试规模,对无钒低温NH₃-SCR蜂窝催化剂在燃煤烟气条件下的脱硝活性和中毒机理研究较少,无法完全反映出催化剂在真实烟气条件下的运行状况。本文采用自行设计的低温NH₃-SCR装置在石河子市某热电厂进行了中试研究,得到了该催化剂在实际烟气条件下的最佳工艺条件,并深入分析了实际烟气中复杂成分对低温脱硝催化剂的影响机理。研究结果表明：SO₂浓度低于35mg/m³、空速约为4200h^-1、烟气温度约为100℃、氨氮比约为1.2时催化剂的脱硝效率最佳;高浓度的SO₂会促进硫酸盐类的形成和催化剂活性组分的硫酸化,是催化剂活性降低的主要原因。环境友好型低温脱硝催化剂表现出优异的低温脱硝性能和抗硫性能;脱硝工艺改造方便;具有广阔的工业应用前景。     

Mn-Mg-O_x催化剂低温NH_3选择性催化还原NO的性能的研究

采用低温固相法制备了系列Mn-Mg-Ox催化剂,考察了催化剂的低温NH3选择性催化还原(NH3-SCR)NO的性能。结果表明,当Mn/Mg摩尔比为1,氨氮体积比为1,空速为30 000 h-1时,催化剂表现出优异的低温催化活性和抗硫性。在100~175℃温度范围内,无硫时,NO催化转化率能保持在99%以上;加入100μg/g SO2后,催化剂脱硝性能变化不大,仍可维持在95%以上。     

NH3-SCR脱硝催化剂现状及中毒失活现象研究进展

随着国家能源深度调峰的推进并降低锅炉负荷运行,发现锅炉出口烟温难以驱动选择性催化还原脱硝反应的问题,通过综述氨选择性催化还原反应（NH₃-SCR）催化剂在国内外的研究进展,发现单一贵金属催化剂温度窗口窄、易中毒和比表面积较小等问题影响了其催化活性,而复合的金属氧化物催化剂、新兴的生物炭催化剂和沸石催化剂具有多孔性和良好的稳定性等优点。催化剂脱硝机理可以简单表示为其表面的酸性位点吸附氨气和氧气并与之反应,催化剂的中毒原因可总结为其内部空隙被碱金属堵塞、金属氧化物被二氧化硫抢先反应和酸性位点被羟基覆盖,具体表现为催化剂的活性降低、吸附NH₃的效率下降。对比了商用催化剂和新兴催化剂的脱硝性能得出结论,未来的研究方向是研发耐硫、耐水、耐碱的低温高效脱硝催化剂。     

SO2对稀土精矿催化剂NH3-SCR脱硝催化性能的影响

抗硫性能是评价脱硝过程中催化剂性能的关键指标,研究SO₂对催化剂理化特性的影响对催化剂脱硝应用具有重要意义。通过焙烧处理白云鄂博稀土精矿得到稀土精矿催化剂,利用催化剂抗硫性能实验台,结合SEM、BET、XRD和FT-IR,分析了O₂、NH₃、NO气氛下SO₂在催化剂表面的吸附及不同SO₂浓度对催化剂催化脱硝性能的影响。结果表明, SO₂对稀土精矿催化剂脱硝性能有显著的促进作用,300℃时,NO转化率从28%提高至50%,350℃时,NO转化率从42%提高至75%; SEM、BET和XRD结果表明催化剂抗硫性能测试前后的物理结构和化学组成基本保持不变,稀土精矿催化剂具有较好的抗硫性能;FT-IR结果证实SO₂的吸附使稀土精矿催化剂表面B酸性位点增多,催化剂对NH₃的吸附能力增强,因此有利于提高催化剂活性。研究结果可为白云鄂博稀土精矿催化剂NH₃-SCR脱硝应用过程中抗硫性能提供有价值的基础数据参考。     

锰钛系低温选择性催化还原催化剂的抗SO2和抗H2O性能研究进展

低温选择性催化还原（SCR）脱硝技术具有运行成本低、能耗低和布置方便的优点,催化剂的反应温度低,适合中小型工业锅炉的脱硝技术需求,因此受到越来越多的关注。锰钛系催化剂以其较高的低温脱硝效率成为当前低温SCR催化剂研究领域的热点,然而催化剂易受到SO₂和H₂O的影响,限制了它的工业应用。本文介绍了在含SO₂和H₂O的条件下锰钛系低温SCR催化剂的中毒症状,总结了催化剂的SO₂和H₂O中毒机制,重点阐述了在抗硫方面掺杂过渡金属元素以及载体改性的研究进展,详细介绍了掺杂Ce、Co、Fe和Ho等元素以及催化剂酸改性和复合载体对催化剂抗硫性的影响,同时简要总结了近年来其他方法提高锰钛系低温SCR催化剂抗硫抗水性能的状况,最后归纳了目前此类催化剂抗硫抗水措施的局限并指出今后的重点是进一步提高其抗中毒能力。     

低温NH3-SCR催化剂脱硝工业侧线实验

采用浸渍法制备了低温NH₃-SCR催化剂,并在某硝酸车间进行了超过1 000 h的低温SCR脱硝工业侧线实验,结果表明,在压力0.2 MPa、烟气入口温度230 ℃和空速 5 000 h^-1条件下,脱硝率大于95%,出口NOx浓度低于100×10^-6,催化剂具有良好的活性稳定性。采用BET、SEM和XRD等对催化剂进行表征,结果表明,催化剂实验前后物性和晶相结构没有显著差别。     

钙镁氧化物及氢氧化物脱除SO3协同防治催化剂低温失活

在实验室中试台架上,开展了Ca(OH)₂、CaO、Mg(OH)₂和MgO四种碱基吸附剂粉体喷射脱除烟气SO₃的实验,研究了碱基吸附剂脱除烟气SO₃的影响因素,探究了碱基吸附剂脱除SO₃技术对选择性催化还原（SCR）催化剂硫酸氢铵失活温度的影响。采用比表面积法（BET）、傅里叶红外光谱（FTIR）等手段对吸附剂进行表征,以判断吸附产物和吸附机理。结果显示：碱基氢氧化物吸附剂的SO₃脱除效果优于碱基氧化物吸附剂;Mg基吸附剂优于Ca基吸附剂;当烟气中SO₃浓度为35μL/L时,Mg(OH)₂含量为600mg/m³时具有最高的SO₃脱除效率,达到95%左右。对低温失活后的SCR催化剂进行FTIR表征证实了催化剂表面硫酸氢铵的生成。此外,通过碱基吸附剂降低烟气中SO₃浓度后,SCR催化剂在低温时的失活得到了显著缓解,可明显降低SCR催化剂的硫酸氢铵失活温度约20℃,有助于挖掘机组调峰深度。