板式V2O5-TiO2催化劑的制備及其脫硝行為的研究.pdf

1、煤炭是我國主要一次能源,80％左右用于燃燒發(fā)電和供熱,所排放的粉塵、SO2(硫)和NOx(硝)是我國大氣污染的最大源頭。我國在“十一五”期間強(qiáng)化了除塵和脫硫技術(shù)的推廣應(yīng)用,基本解決了粉塵和SO2污染,但對燃煤NOx的排放控制剛剛起步。近年來,燃煤量的快速增長導(dǎo)致NOx排放量與日俱增,2010年達(dá)1000萬噸以上,環(huán)境污染形勢嚴(yán)峻。因此,燃煤NOx排放控制被列為我國“十二五”規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
　　 目前用于處理燃煤煙氣NOx的

2、主流技術(shù)是選擇性催化還原(SCR)技術(shù),即采用NH3將NOx還原為N2而排放。商用SCR采用的催化劑主要為蜂窩式V2O5／TiO2基催化劑,市場占有率達(dá)75％以上,國內(nèi)引進(jìn)了多條生產(chǎn)線。由于蜂窩體生產(chǎn)難度大、抗塵能力差的缺點(diǎn),國外開發(fā)了板式V2O5／TiO2基催化劑,生產(chǎn)技術(shù)由日本Babcock-Hitachi公司和德國Argilion公司掌握,國內(nèi)尚無生產(chǎn)報(bào)道。鑒于板式催化劑不僅活性高,而且更適合我國燃煤煙氣含塵量高的特點(diǎn),本論文提出

3、板式V2O5／TiO2催化劑的制備研究,力爭形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、高效率、高強(qiáng)度、低成本的板式催化劑制備技術(shù)。
　　 本文針對我國原料來源(TiO2粉、粘結(jié)劑等)的特點(diǎn),首先對V2O5／TiO2基催化劑的配方和制備工藝進(jìn)行了研究；在確立基本配方的基礎(chǔ)上,探索了板式催化劑的成型工藝,并考察了煙氣條件和操作條件對自制催化劑性能的影響,得出以下主要結(jié)論:
　　 (1)國產(chǎn)超細(xì)鈦粉不適于做脫硝催化劑載體,但國產(chǎn)納米鈦粉與進(jìn)口鈦

4、粉所制備催化劑的脫硝活性相當(dāng),脫硝率達(dá)85％以上；納米鈦粉的比表面積大,有利于活性組分V2O5與載體的相互作用,使得V中V4+相對含量多、催化劑的脫硝活性高；超細(xì)鈦粉的比表面積小,不利于V2O5與TiO2相互作用,V以V5+為主,導(dǎo)致催化劑的脫硝率低。
　　 (2)泥料配制中加氨水可降低催化劑的SO2氧化性,但NO脫除率也降低；催化劑適宜焙燒溫度區(qū)間為400-600℃；提高V2O5擔(dān)載量,脫硝率和SO2氧化率均提高,為了控制SO

5、2氧化,適宜載釩量為1-2％；WO3對NO脫除率影響不大,但可抑制SO2氧化；WO3含量為5％時(shí),SO2氧化率即可滿足工業(yè)要求；無論是有機(jī)粘結(jié)劑還是無機(jī)粘結(jié)劑,其種類對催化劑的活性影響不大。
　　 (3)煙氣中的H2O含量越高,脫硝率和SO2氧化率均越低；隨著氣氛中O2含量的增加,NO脫除率略有降低,SO2氧化率變化不大；空速為1000-7015 h-1時(shí),自制催化劑的活性位已足夠,空速越大,SO2氧化率越低；
　　 (

6、4)隨著反應(yīng)溫度從300℃升至450℃,NO脫除率變化不大,但SO2氧化率提高；NH3／NO比從1.0提高1.1,脫硝率提高,繼續(xù)提高NH3／NO比,則脫硝率將變化很小,最佳NH3量與催化劑表面的活性位多少有關(guān)；NH3／NO比對催化劑的SO2氧化率影響很?。籗O2對脫硝活性的影響與NH3／NO有關(guān),NH3／NO低時(shí)有抑制作用,NH3／NO高時(shí)抑制作用消失；由于煙氣中SO2對催化劑的硫化作用,催化劑的脫硝活性逐漸提高,隨著催化劑表面性質(zhì)的

7、穩(wěn)定而逐步穩(wěn)定。
　　 (5)玻璃纖維可以顯著提高板式催化劑的強(qiáng)度,防止催化劑脫落；為了保障催化劑的活性和強(qiáng)度,無機(jī)粘結(jié)劑最佳加入量為20％；催化劑泥料陳化5天,則各組分基本均勻分布,8 MPa成型時(shí)催化劑的整體強(qiáng)度較高,成型壓力低于8 MPa時(shí),催化劑的強(qiáng)度差；加濕干燥所得的催化劑粉化現(xiàn)象嚴(yán)重,相比之下,普通干燥優(yōu)于加濕干燥,這點(diǎn)與蜂窩催化劑干燥不同。
　　 (6)板式V2O5-WO3／TiO2催化劑的配方為(質(zhì)量分?jǐn)?shù)

8、):65％TiO2、1.55％V2O5、8％WO3、5％玻璃纖維、20％膨潤土、5％HPMC(焙燒時(shí)燒失,以焙燒后催化劑質(zhì)量為基準(zhǔn))。泥料陳化5天后于8 MPa成型,之后于110℃干燥2 h,450℃下焙燒5 h制得板式催化劑。
　　 自制板式催化劑的整體厚度為0.7 mm,2 h磨損率為0.48％,與進(jìn)口板式催化劑相當(dāng)；400℃時(shí)脫硝率為81％,與進(jìn)口板式催化劑的相當(dāng)；但其SO2氧化率明顯低于進(jìn)口催化劑(1.4％vs.5％)<