论文部分内容阅读
近年来,随着国家对NOX排放标准的日益严格,烟气脱硝技术进一步受到关注。在催化剂作用下,以氨气为还原性气体脱除NOX的工艺是国际上控制NOX排放的主流选择。低温SCR催化剂由于工作温度低,可将催化反应塔放置于脱硫除尘装置之后且无需对烟气进行再加热而成为近年来脱硝领域研究的热点。铁基催化剂虽具有较好的催化活性,然而其工作温度窗口较窄、抗SO2中毒能力差致使其无法实现工业应用。本文通过添加Ce、Cr等元素对活性焦担载铁基脱硝催化剂进行改性处理,研究其低温SCR脱硝能力和抗中毒能力。在此基础上通过多种表征手段对催化剂进行表征,揭示催化脱硝性能与催化剂自身特性的内在关系。研究结果如下:（1）采用浸渍法制备了一系列活性焦担载铁基（Fe/AC）催化剂,研究了煅烧温度及Fe担载量对Fe/AC催化剂低温催化活性的影响。结果表明,250℃煅烧且Fe负载量为8%时催化剂获得最高的NOX转化率,在140℃时其NOX转化率可达50%,有效工作温度窗口（脱硝效率高于90%的温度区间）为200-240℃,最高NOX转化率可达到90%以上。250℃煅烧制备的8Fe/AC催化剂表面同时存在Lewis酸位点和Br?nsted酸位点,反应过程中L-H机理和E-R机理并存。（2）为进一步提高8Fe/AC催化剂的脱硝活性,采用Cr元素改性Fe/AC催化剂,同时探究了Cr掺杂量、AC粒度以及烟气流速对催化剂NOx转化率的影响,并对催化剂进行了表征。结果表明,Cr掺杂量为6%时,催化剂脱硝活性最高,其有效窗口（NOX转换率超过90%）为160-240℃。Cr掺杂能有效提高铁基活性焦催化剂的比表面积。此外,8Fe6Cr/AC催化剂具有较高的Fe3+、Cr3+、Oβ含量以及较多的酸位点,这是其获得优异脱硝活性的原因。当测试温度低于200℃时,粒度对8Fe6Cr/AC催化剂低温脱硝性能有一定影响。在此温度下,40-60目的催化剂取得最高的脱硝效率。当测试温度超过200℃时,粒度对催化剂的脱硝效率几乎没有影响。（3）对Cr-Fe/AC催化剂抗碱金属、抗重金属以及抗硫抗水性能的研究表明,6Cr8Fe/AC催化剂可抗微量（0.1-0.3%）的碱金属K、Na中毒,但当碱金属含量超过1%时,催化剂中毒程度随着碱金属含量的增加而加强。在高浓度的碱金属环境中,6Cr8Fe/AC催化剂失活严重。6Cr8Fe/AC催化剂有较好的抗重金属Pb、Zn中毒能力。即使重金属含量达到2%,2Pb/Fresh、2Zn/Fresh催化剂在160℃均可获得50%的脱硝活性。Fresh催化剂在5%H2O存在下获得70%的NOX转化率,但在100 ppm SO2的气氛中,NOX的转化率只有45%。（4）为提高6Cr8Fe/AC催化剂的抗碱金属中毒性能,采用Ce对其进行了改性处理。结果表明,Ce添加能有效提高8Fe6Cr/AC催化剂抗碱金属K、Na中毒能力,其最佳掺杂量为8%。8Ce1K/Fresh（Fresh为8Fe6Cr/AC催化剂）催化剂在120℃下NOX转化率达53%,在200℃下NOX转化率为87%;8Ce1Na/Fresh催化剂在120℃的NOX转化率超过了50%,其在120-200℃下NOX转化率比1Na/Fresh高出约15%。1%K/Na中毒会降低Fresh催化剂的比表面积、Fe3+和Cr3+浓度以及还原性。Ce改性后,由碱金属中毒导致的比表面积减小、Fe3+和Cr3+浓度降低以及还原性削弱等问题均得到一定程度的改善。且Ce改性的Fresh催化剂在一定时间内具有较好的抗硫、抗水性能。8Ce/Fresh催化剂在260 min内完全具备抗水性能,在400 min内完全具备抗硫性能。