錳基脫硝催化劑SO2中毒與再生研究.pdf

1、NH3的選擇性催化還原技術(NH3-SCR)是目前最為有效的煙氣脫硝手段，其在燃煤煙氣和工業(yè)焦爐煙氣脫硝中得到廣泛的應用。催化劑性能尤其是使用溫度窗口是NH3-SCR脫硝技術的核心因素。在非電領域，大量工業(yè)裝置的煙氣溫度較低，不適用于傳統的中高溫SCR脫硝技術，因此急需開發(fā)應用適用于中低溫區(qū)的SCR脫硝技術，尤其是具有低溫脫硝活性的催化劑。近年來研究發(fā)現錳氧化物為活性組分的催化劑具有較好的低溫脫硝SCR活性，從而受到較多的關注。近年來，

2、本課題組所開發(fā)的錳基低溫SCR催化劑已經在焦化煙氣低溫脫硝領域得到了工業(yè)化應用，但煙氣中低濃度的SO2對其有嚴重的毒害作用，導致催化劑中毒失活，從而降低催化劑的使用壽命，增加脫硝成本。因此研究錳基SCR催化劑的SO2毒化機理和再生工藝對于提高催化劑的循環(huán)利用、降低脫硝成本、減少環(huán)境污染和資源浪費都具有重要的實際意義。
　　本文首先以課題組前期開發(fā)的凹凸棒石負載錳(Mnx/PG)催化劑為研究對象，評價了催化劑低溫脫硝性能，考察了SO

3、2對催化劑的毒化作用，并開展了中毒后催化劑的再生工藝研究。結果顯示，所制備的Mn8/PG催化劑具有良好的低溫脫硝性能，200℃時，NO轉化率達到86％。在煙氣中通入400ppm的SO2后，催化劑的脫硝活性急劇下降，直至完全中毒，200℃時標準活性評價條件下NO轉化率穩(wěn)定在24％;采用熱再生和水洗再生對失活催化劑進行再生研究，發(fā)現熱再生只能部分恢復催化劑的脫硝活性，而水洗再生后，催化劑的脫硝活性可以恢復到新鮮樣水平。通過對新鮮、中毒和再生

4、的Mn8/PG催化劑的表征分析可知，催化劑在受SO2毒化后生成的硫酸銨和硫酸氫銨沉積在催化劑表面上，堵塞催化劑孔道，導致催化劑失活。這些硫酸銨鹽熱穩(wěn)定性較好，很難通過熱處理的方式完全除去;但其易溶于水，水洗可以非常有效地將其除去，且水洗并不會洗去活性組分錳，因而催化劑脫硝活性得以完全恢復。
　　本文又以商用釩鎢鈦為基體，同樣采用等體積浸漬法制備Mnx-V2O5-WO3/TiO2催化劑，考察了制備工藝參數（Mn負載量和煅燒溫度）對催

5、化劑脫硝性能的影響、SO2的毒化影響及失活催化劑的再生工藝。結果顯示Mn的負載量為8％時，煅燒溫度在500℃時，催化劑具有最佳的低溫脫硝活性，200℃時，NO轉化率接近100％。但當催化劑在含硫(400ppmSO2)氣氛中完全中毒后，200℃時NO轉化率降至35.6％。失活催化劑經過熱再生后，其脫硝活性進一步降低，其中150℃時催化劑NO轉化率由16.5％降至9.7％;而水洗再生后，催化劑脫硝活性都可以完全恢復。通過對新鮮、中毒和再生的

6、Mn8-V2O5-WO3/TiO2催化劑的表征分析，發(fā)現催化劑在含硫氣氛中的失活可能有兩種原因造成。一方面由于硫酸銨鹽沉積在催化劑的表面上，覆蓋了催化劑的孔道結構，這也是所有SCR催化劑硫中毒的共性原因;另一方面活性組分錳與煙氣中硫結合生成類似于硫酸錳鹽的中間物質，其占據催化劑的活性中心，導致更為嚴重的毒化。而這兩種失活路徑均源自于SO2的催化氧化。熱再生后催化劑表面上的硫酸銨鹽可以通過熱分解除去，但其分解產生的二氧化硫被催化劑中的釩進

7、一步氧化，結合活性組分錳又會生成類似于硫酸錳鹽的中間物質，因而脫硝活性反而降低。水洗再生不僅可以洗去催化劑表面上的硫酸銨鹽，還可以破壞類似于硫酸錳中間物的結構，除去其中的硫酸根，并不會洗去活性組分錳，因而脫硝活性恢復至新鮮樣。
　　本文通過對兩種錳基催化劑硫中毒過程及再生工藝的研究，發(fā)現了所有SCR催化劑硫中毒的共性原因:沉積在催化劑表面上的硫酸銨鹽覆蓋了催化劑的孔道結構，同時也發(fā)現載體的不同也會導致催化劑硫中毒及再生過程中的不同