新型锰基钒基低温选择性催化还原no,x催化剂分析-analysis of new manganese-based vanadium-based low temperature selective catalytic reduction of no, x catalyst.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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新型锰基钒基低温选择性催化还原no,x催化剂分析-analysis of new manganese-based vanadium-based low temperature selective catalytic reduction of no, x catalyst

摘要NOx是大气的重要污染物，主要来源于高温燃烧和工业生产过程，其中固定源占60.8％。氨选择性催化还原（SelectiveCatalyticReduction，NH3-SCR）是目前最有效的脱除固定源NOx的方法。研究如何在低温下（200℃）实现SCR工艺，以避免现有商用催化剂高温操作（350℃）所必需对烟（废）气进行预热的大量能耗，并与我国现有的省煤器、空气预热器和锅炉组装为一体的锅炉系统相匹配，具有重要意义。本论文重点开展了低温锰基和钒基NH3-SCR催化剂的研制，通过筛选活性组分和优化制备条件，研制出新型的Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂、Mn-Ce/TiO2-SiO2（TS）催化剂和V-Ce/TiO2催化剂，并通过XRD、XPS、TPR、TPD、FTIR等多种表征手段对Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂在H2O和SO2存在条件下的失活机理进行了深入研究。取得的主要研究成果如下：研制的Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂具有良好的低温活性和稳定性，在120℃下，1500min的连续SCR实验中，Mn-Fe-Ce/TiO2在空速5000h-1和10000h-1下的NO转化率分别始终保持在97.8%和91.5%以上。而且还具有优越的抗H2O毒化性能，120℃、通入10％水汽的9h时间内，Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂的活性几乎没有受影响，NO转化率仅从98％降至96％左右，并始终保持在此高水平。停止通水汽后，微小降低的活性可完全恢复。该催化剂是目前文献报道中低温下抗水性能最好的SCR催化剂，有望应用于基本不含SO2的燃气锅炉烟气和不含SO2的硝酸尾气以及其它工业NOx废气的低温脱硝。深入研究了Mn-Fe-Ce/TiO2催化剂在SO2存在和H2O与SO2共存时的失活机理，结果－表明还原剂NH3与催化剂表面SO2氧化形成的SO42反应生成的(NH4)2SO4和NH4HSO4是造成催化剂失活的主要物质，催化剂在反应温度下对SO2的催化氧化能力决定了其抗SO2毒化性能，H2O的存在对锰氧化物催化氧化SO2有促进；而催化剂的酸性对其在H2O存在时的活性有很大影响。因此在保证一定NOx催化活性基础上，如何通过调控催化剂的氧化还原性能和酸性，抑制SO2的氧化，是改善催化剂抗SO2中毒性能的关键。Mn-Ce/TS催化剂具有良好的低温抗H2O和同时抗SO2、H2O毒化性能，较TiO2负载相同组分的催化剂有了明显改善，而进一步添加助剂Fe、Cu，却使活性和抗毒化性能下降，三种催化剂抗水和抗水、硫中毒性能依次为Mn-Ce/TSMn-Cu-Ce/TSMn-Fe-Ce/TS。研制的V-Ce/TiO2催化剂具有良好的低温催化还原NO活性，空速为10000h-1，165℃时NO转化率达99.2%。低焙烧温度（500℃以下）时添加的Ce不与V相互作用，在催化剂表面主要以CeO2形式存在，有利于增大催化剂比表面积，增强V2O5在催化剂上的分散度，提高催化活性。关键词：氮氧化物；锰氧化物；钒氧化物；选择性催化还原；低温AbstractNitrogenoxides(NOx)remainamajorcauseforairpollution.Nearly60.8%ofNOxderivefromstationarysourcessuchascoal-firedpowerplantandchemicalprocesses.Atpresent,selectivecatalyticreduction(SCR)ofNOwithNH3isoneofthemostefficientmethodsforreducingnitrogenoxideemissionsfromstationarysources.Theindustrialcatalystisusuallyplacedbetweentheeconomizerandthepreheaterwherethetypicaloperationtemperatureis300-400℃.ButinChinaitisdifficulttoapplythecatalysttotheboilersystem,becausetheeconomizerandthepreheaterareconnectedsotightlythatthereisnoroomforDeNOxreactor.Efficientcatalystforlowtemperature(200℃)SCRisurgentlyneededtoeliminatethelargeamountofenergyconsumptionbyreheatingthestackgas.Inthiswork,novelmanganese-basedandvanadium-basedSCRcataly