论文部分内容阅读
以NH3为还原剂的选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术是目前应用最广最有效的燃煤烟气脱硝技术。作为SCR烟气脱硝技术的核心,SCR催化剂是影响整个SCR系统脱硝效率和经济性的决定因素。而中毒是SCR催化剂在实际应用过程中不可避免的问题,它与燃料特性密切相关。我国火电厂燃用煤种类复杂、多样,内含多种会导致催化剂中毒失活的组份。因此,研究我国典型燃煤中各种组份对SCR催化剂的中毒规律具有重要的实际意义。本文工作的主要研究思路是以钒钛SCR催化剂为研究对象,研究我国火电厂燃煤中检测出的几种典型毒物单独存在对催化剂的中毒规律以及多种组份同时存在对催化剂的复合中毒规律,并在此基础上对钒钛SCR进行改良,得到一种具有良好抗中毒性能的新型催化剂。研究得到主要结果如下：1.研究了相同含量下K、Na、Ca、Pb的氧化物和盐对钒钛催化剂NO转化率的影响。无论是以氧化物形式还是以盐的形式存在催化剂上,碱金属K对钒钛催化剂的钝化作用都是最强。K2O和Na2O的掺入会抑制钒钛催化剂上V205的还原能力,而CaO和PbO的掺入对钒钛催化剂上V205的还原能力没有影响或影响较小。当K或Na以氯盐的形态存在于催化剂上时,其对钒钛催化剂的钝化作用比以硫酸盐的形态存在于催化剂上时强很多。K2SO4和Na2SO4的掺入造成钒钛催化剂NO转化率下降的程度接近,这是因为SO42-对催化剂的影响占据了主导作用。2.研究了K、Na、Ca、Pb的四种氧化物以及三种氯盐两两同时存在对钒钛催化剂复合中毒规律。在中毒元素总量一定的情况下,K、Na、Ca、Pb四种氧化物两两同时存在时,两种组份之间的相互作用会弱化单组份对催化剂的钝化,其中Ca的氧化物对弱化K、Na、Pb氧化物钝化催化剂的作用最大。Ca、Pb氧化物组合中毒后的催化剂,400℃以上可以达到与新鲜钒钛催化剂相同的活性。与氧化物复合中毒规律不同的是,KCl、NaCl、CaCl2三种氯盐单组份或是两种组份对催化剂的钝化程度取决于KCl掺入的含量,掺入KCl越多,催化剂失活越严重。3.研究了单独添加不同含量的Nb氧化物和单独添加不同含量的Sb氧化物对钒钛催化剂NO转化率和反应中N2O生成量的影响。结果表明添加Nb可有效提高催化剂的活性和高温(350℃以上)选择性,拓宽催化剂温度窗口。Nb/V最佳原子比为6,在此含量以下,催化剂的活性随着Nb含量的增加而提高,超过此含量,催化剂活性开始下降。Sb的添加能有效提高催化剂的低温(350℃以下)活性,拓展催化剂低温窗口。但是随着Sb含量的增加,活性提高不明显,反而会增加高温下(350℃以上)N2O的生成,降低了催化剂的选择性,综合NO转化率和选择性考虑,Sb/V最佳原子比为0.5。4.创新性研究了同时添加Sb和Nb氧化物对钒钛催化剂活性和选择性的影响。结果表明在钒钛催化剂上同时添加Sb和Nb可以大幅度提高催化剂脱硝活性,同时还能保证催化剂在高温下的选择性,通过少量Sb和Nb的同时添加达到大量Nb添加的效果,有利于催化剂的经济性。利用XPS手段分析表明Sb和Nb的添加增加了催化剂表面的化学吸附氧和弱结合的氧物种,这应该是催化剂活性提高的原因之一。5.研究了几种典型中毒物质对改良得到的V-Sb-Nb/TiO2催化剂脱硝活性的影响。比较V2O5/TiO2催化剂和V-Sb-Nb/TiO2催化剂中毒后的脱硝活性发现,V-Sb-Nb/TiO2催化剂中毒后活性下降幅度远低于V2O5/TiO2催化剂中毒后活性下降幅度,且V-Sb-Nb/TiO2催化剂中毒后的脱硝活性仍高于新鲜V2O5/TiO2催化剂脱硝活性,表明V-Sb-Nb/TiO2催化剂具有良好的抗金属氧化物及盐中毒的能力。