反应在没有催化剂时只能在高温下进行,且温度范围很窄,不适合实际应用,需要使用 催化剂使其反应温度降低至合适的范围内。
除了上述标准 SCR 反应,当烟气中 NO 与 NO2 比例为 1 时还会发生快速 SCR 反应[7],
即4NH3 + 2NO + 2NO2 → 4N2 + 6H2O
快速 SCR 反应反应速率较快,但是一般燃煤烟气中 NO2 含量极低,因此,增加烟气中
NO2 的浓度也可以促进 NOx 的转化。 此外,在高温时,还会同时发生两个副反应[16,20-22]: NSCR 反应:4NH3 + 4NO + 3O2 → 4N2O + 6H2O
C-O 反应:4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
NSCR 反应中产生的 N2O 能导致强烈的温室效应,而 C-O 反应的发生将会降低 NOx 脱除 效率[20,22]。
1。3 NH3-SCR 催化剂
影响 NH3-SCR 催化剂活性的因素有催化剂结构、种类,以及温度、空速等外部条件,但 催化剂的种类和结构起主导作用,因此选择合适的催化剂成为了 NH3-SCR 实际应用的核心问 题[3,7,19,23]。
NH3-SCR 催化剂主要分为四类。第一类是贵金属催化剂[16,24],即以贵金属作为活性组分, 例如铂、铅等。此类催化剂的反应活性比较高,且可以大大降低反应温度(300 oC 以下),在 当时取得了一定的发展,其中 Pt 催化剂活性相对好些,但是这种催化剂自身成本以及运行成 本都比较高,现在未被广泛应用。来,自,优.尔:论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-
第二类催化剂即金属氧化物催化剂[16,24],所用氧化物主要有 Fe2O3、V2O5、WO3、MnOx 等。目前商业化运用的比较广泛的是 V2O5-WO3/TiO2 催化剂。以 V2O5 作为活性组分的催化剂 表现出高效的脱硝效率,V2O5 通常分散在 TiO2 载体上,增大了 V2O5 与气流的接触面积,也 就增大了催化剂的催化性能。此外,还要掺入助剂,一般选用 WO3 作为助剂。V2O5-WO3/TiO2 作为商用催化剂,在催化性能、热稳定性和抗 SO2、As 等毒性方面都表现出良好的特性[7,13,23]。 但是该催化剂也存在一些待优化和解决的问题,比如温度过高时易产生大量 N2O,操作温度 窗口偏窄、钒对生物有一定毒性等[7]。
第三类催化剂为分子筛催化剂[16,24]。此类催化剂的优点是催化活性较高、操作温度窗口 比较宽,运用的多为 Fe-ZSM-5 和 Cu-ZSM-5 等催化剂。但这类催化剂仍然存在急需解决的问 题,如抗 SO2 和水性较差的问题。
第四类催化剂为羰基催化剂[7,24]。即用羰基材料来负载金属氧化物的催化剂。目前最常用 的是以活性炭为载体的催化剂,活性炭表面积大,自身吸附能力强[7,23]。目前研究较多的有 CuO/AC、Fe2O3/AC、V2O5/AC 等催化剂,其中钒基催化剂抗硫性好,铁基催化剂活性高。此 外,还有活性炭纤维、活性炭成型物催化剂尚在研究。
1。4 燃煤电厂 SCR 反应器的布置
工程上常见的 SCR 装置的布置方式有三种:低温低灰布置、高温低灰布置、高温高灰布 置[9,26]。其中高温高灰布置的 SCR 反应器置于省煤器后[13,19],气体温度较高,无需额外加热 便可满足现有商业催化剂的活性温度,可以节省运行成本这种布置也存在一些问题,如催化 剂长期处于高温环境下可能导致催化剂的变质,此外烟气中的灰尘和 SO2 也一并进入反应器, 因此催化剂的活性可能会受到影响,且飞灰易引发堵塞烟道和磨蚀催化剂等问题[13]。目前应 用比较广泛[19]。高温低灰布置就是将 SCR 反应器布置在除尘器之后、脱硫装置之前[13,19]。这 种布置方式避免了灰尘的堵塞,但是 SO2 的存在依然可能对催化剂的活性产生影响,且烟气 温度有所降低,催化剂活性也受影响,且这种布置方式需要除尘器在高温下工作,故这种布 置方式很少采用[9]。低温低灰布置就是将 SCR 反应器放在除尘器和脱硫装置之后,优点是已 经去除了烟气中的粉尘和 SO2,不会使催化剂中毒失活且不易堵塞烟道和磨蚀催化剂[14,19], 缺点是此时烟气温度较低,无法满足现有商业催化剂的最佳活性温度,需要添加预热装置, 增加了能耗和运行成本[14,19]。