以納米TiO-,2-為載體的燃煤煙氣脫硝SCR催化劑的研究.pdf

1、選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是重要的燃煤煙氣脫硝技術(shù)，而催化劑是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。為了推進(jìn)SCR脫硝技術(shù)在中國的應(yīng)用，本課題與國內(nèi)納米TiO<,2>生產(chǎn)廠商合作，以其生產(chǎn)的納米Ti02為載體聯(lián)合開發(fā)面向燃煤電廠煙氣脫硝的V<,2>O<,5>/TiO<,2>基SCR催化劑，研究分為顆粒狀催化劑和成型性催化劑兩個(gè)階段。 在自制顆粒狀SCR催化劑活性試驗(yàn)臺(tái)測試活性，結(jié)合BET、XRD、SEM-EDX、FT-IR、DTG等表觀-微觀

2、表征技術(shù)，對V<,2>O<,5>/TiO<,2>基催化劑載體TiO<,2>的晶相結(jié)構(gòu)和加工工藝、活性物質(zhì)V<,2>O<,5>的含量、助催化劑和毒物的影響及制備工藝等進(jìn)行研究，得到了適用于燃煤煙氣脫硝催化劑基本粉體的優(yōu)化配方和制備工藝，并得到基本粉體的本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)，建立了與試驗(yàn)工況吻合得較好的包括外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)在內(nèi)的動(dòng)力學(xué)模型。以優(yōu)化配方的粉體為基體，通過與各種成型助劑干混、捏合、成型、干燥和煅燒等得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度和形狀的

3、蜂窩狀或板狀催化劑，在自制成型性催化劑SCR活性試驗(yàn)臺(tái)上測試活性，對成型助劑的配比、制備工藝、催化劑的形狀及幾何尺寸和工況條件等進(jìn)行優(yōu)化，得到可以滿足燃煤電廠煙氣脫硝對SCR催化劑要求的蜂窩狀催化劑的配方和制備工藝，建立了有一定應(yīng)用價(jià)值的整體式催化劑數(shù)學(xué)模型。通過以上研究主要取得以下成果： (1) 通過對7種不同制備工藝和品相的納米TiO<,2>為載體進(jìn)行研究，確定了以硫酸法制備的含8～10﹪(重量比)SO<,3>的銳鈦型納米

4、TiO<,2>非常適合作為SCR催化劑的載體，而氯化法制備的納米銳鈦型TiO<,2>由于會(huì)和活性物質(zhì)V<,2>O<,5>反應(yīng)生成V<,3>Ti<,6>O<,17>聚合物而不適合作為SCR催化劑載體； (2) 通過對催化劑配方和制備工藝進(jìn)行研究，得到了SCR催化劑的優(yōu)化配方為1﹪V<,2>O<,5>-10﹪WO<,3>/TiO<,2>0-8～10﹪SO<,3>(重量比)； (3) 建立了包括外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散和反應(yīng)在內(nèi)的顆

5、粒狀催化劑的數(shù)學(xué)模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合得較好，可以指導(dǎo)顆粒狀催化劑的設(shè)計(jì)運(yùn)行； (4) 對成型SCR催化劑膏體的組成和制備工藝進(jìn)行了研究，其中成型催化劑的膏體的組成包括優(yōu)化的SCR催化劑基本粉體、水、粘合劑聚丙烯酰胺、助擠劑乙醇胺、擴(kuò)孔劑活性炭粉體及結(jié)構(gòu)助劑桿狀玻璃纖維等，對其含量和成型制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究，得到了具有一定機(jī)械強(qiáng)度和活性的蜂窩狀催化劑； (5) 對成型催化劑形狀、幾何尺寸及應(yīng)用工況的優(yōu)化：在“干凈

6、煙氣”條件下，對蜂窩狀催化劑和板狀催化劑的孔(板)間距、壁厚、長度、氨氮比、空速比等進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化配方和制備工藝條件下得到的孔徑10×10mm、孔數(shù)4×4、壁厚1mm的蜂窩狀催化劑在空速比(SV比)小于3500h<'-h>、氨氮比0.9～1.0、溫度320～420℃范圍內(nèi)的NO脫除率較高、SO<,2>氧化率較低和氨逃逸量較低，基本達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求，而在相近工況下平板型催化劑NO脫除率較低；而在“骯臟煙氣”條件下，低含量(低于2﹪

7、)水蒸氣可以提高高溫段NO脫除率，而高含量的水蒸氣對催化劑NO脫除率具有明顯的抑制作剛，但水蒸氣的加入會(huì)使NO脫除溫度窗口拓寬；由于催化劑自身含有較多的硫酸鹽，未觀察到S02對DeNO<.x>反應(yīng)的促進(jìn)作用。 (6) 建立的“干凈煙氣”的成型性催化劑的NO脫除率的一維模型與試驗(yàn)測量值吻合得較好，并通過模型計(jì)算對蜂窩狀催化劑的幾何尺寸和應(yīng)用工況進(jìn)行優(yōu)化，認(rèn)為燃煤煙氣脫硝的蜂窩狀催化劑的適合壁厚0.8～1mm、孔間距8～10Mm