4NH3 4NO O2 4N2 6H2O
4NH3 2NO2 O2 3N2 6H2O
NH3-SCR技术的核心在于催化剂。除了贵金属催化剂及分子筛催化剂,科研工作者对金 属氧化物催化剂也进行了大量研究及开发运用[11],发现含有过渡金属Fe、V、Cr、Cu及Mn的 催化剂均具有一定的SCR反应活性[14]。但在所有的金属氧化物催化剂当中,由日本在70年代 率先开发出的V2O5基催化剂,由于其所具有的种种优势,例如成本相对较低、选择性好、抗 中毒能力强、脱硝效率高、运行稳定性好,已在生产实际中得到了广泛推广与应用。论文网
1。2。3 V2O5-WO3/TiO2催化剂
虽然目前商业运用最为普遍的SCR催化剂为V2O5-WO3/TiO2催化剂[11,15],但其在高温烟气 脱硝的应用中仍存在以下几个方面的不足:
(1)V2O5-WO3/TiO2催化剂的温度窗口约在300-400 °C。在烟气温度高于350 °C时,使用 V2O5-WO3/TiO2催化剂的SCR反应会生成大量温室气体N2O,并且反应中的NOx转化率会降低、 N2选择性会降低[16];
(2)V2O5 具有生物毒性,而高温下 V2O5-WO3/TiO2 催化剂中的 V2O5 易挥发,这是其毒 性散逸到环境中的一个重要原因[17];
[18]
(3)V2O5-WO3/TiO2 催化剂在高温下易将 SO2 氧化为 SO3 ,SO3 会与逃逸的 NH3、烟
气中的水蒸气等发生反应生成硫酸氢铵,硫酸氢铵具有较大粘性,会在受热面沉积,造成下 游管道和设备的堵塞、腐蚀[10]。
正是由于 V2O5-WO3/TiO2 催化剂在高于 350 °C 时 N2 选择性会降低, 因此传统
V2O5-WO3/TiO2 催化剂不适用于燃煤电厂燃烧褐煤所排放的烟气(烟温高于 350 °C)的氮氧 化物去除问题。
1。2。4 γ-Fe2O3催化剂
基于以上背景,为了解决燃煤电厂燃烧褐煤所排放的 NOx 的问题,十分有必要研发一种 在 350-400 °C 下、具有更优异 SCR 活性和更高 N2 选择性的环境友好型 NH3-SCR 催化剂。
众所周知,铁氧化物(例如 γ-Fe2O3)是一种环境友好型物质,且具有低耗的优点[19],可 用于制备 NH3-SCR 催化剂。根据已有研究结果(如图 1 所示)[20],γ-Fe2O3 在 200-350 °C 具 有优异的 SCR 活性(NOx 转化率高于 80%),仅在高于 300 °C 时有少量 N2O 生成且 NH3 转 化率接近 100%。
γ-Fe2O3的SCR反应。
虽然γ-Fe2O3在200-300 °C具有优异的SCR活性及N2选择性,但在高于300 °C时γ-Fe2O3催 化剂的NOx转化率有明显的下降,此时γ-Fe2O3的NH3转化率接近100%,远高于NOx转化率。 这表明超过300 °C后,γ-Fe2O3将部分NH3氧化成了NO。此外,甚至有研究结果表明在500 °C 下γ-Fe2O3的NOx转化率为负值[21]。根据已有研究,在高温下γ-Fe2O3催化剂NOx转化率下降主 要是因为C-O反应(即NH3被氧化生成NO与H2O的反应)与SCR反应(即反应1。1与1。2)发生 竞争 [22]。
1。3 研究意义及主要内容
γ-Fe2O3催化剂具有良好的低温NH3-SCR反应活性,但在高温下其活性有所下降。若能解 决γ-Fe2O3催化剂在高温下活性降低的问题,便有希望将γ-Fe2O3作为一种在350-400 °C下具有 优异SCR活性和高N2选择性的环境友好型NH3-SCR催化剂,用于解决燃煤电厂燃烧褐煤所带 来的NOx污染问题。本文将探究γ-Fe2O3高温SCR反应的机制,研究γ-Fe2O3高温下催化活性降 低的原因,并对γ-Fe2O3进行改性,探究改性γ-Fe2O3的高温SCR反应脱硝的可行性。 γ-Fe2O3高温SCR反应改性研究(3):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_83475.html