V2O5-AC催化劑脫硝過程中若干重要問題的研究.pdf

1、煤炭是我國(guó)最豐富的化石能源，我國(guó)以煤炭為主要一次能源的格局在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變。煤炭在我國(guó)的主要利用方式是直接燃燒，用量占煤炭總消耗量的80％以上。煤炭的大量燃燒已經(jīng)導(dǎo)致我國(guó)的很多地區(qū)呈現(xiàn)嚴(yán)重的煤煙型大氣污染，NOx（氮氧化物，簡(jiǎn)稱硝）是主要污染物之一，其對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境均構(gòu)成了巨大的威脅。
　　 煙氣脫硝的技術(shù)很多，但以NH3為還原劑的選擇性催化還原(SCR)法在世界上應(yīng)用最多、研究最廣、技術(shù)最成熟且最有成效。針

2、對(duì)目前以V2O5/TiO2催化劑為代表的中溫脫硝技術(shù)(～400℃)所存在的問題，前人研究開發(fā)了以活性焦為載體的V2O5/AC催化劑，發(fā)現(xiàn)其具有較高的低溫(～200℃)脫硝活性和抗SO2毒化性能，應(yīng)用前景廣闊，研究范疇涉及制備條件、反應(yīng)行為、SO2和H2O的影響、反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)等。然而到目前為止，人們?cè)诨钚越剐再|(zhì)對(duì)中毒物硫銨鹽穩(wěn)定性的影響、SO2影響催化劑脫硝的機(jī)理、SCR反應(yīng)選擇性、催化劑的熱穩(wěn)定性及揮發(fā)性重金屬Hg對(duì)催化劑脫硝行為的

3、影響等方面還缺乏認(rèn)識(shí)。本論文針對(duì)上述問題進(jìn)行了深入研究，得到以下主要結(jié)論:
　　 (1)脫硝過程中產(chǎn)生的中毒物NH4HSO4首先沉積在AC表面的強(qiáng)吸附位上，隨著其量的增加再逐漸沉積在弱吸附位上。在惰性氣氛中，NH4HSO4在AC表面的程序升溫分解過程為兩步反應(yīng)機(jī)理:從170℃起生成NH3和H2SO4，后者在較高的溫度下被AC還原為SO2氣體。NO的存在和V2O5的擔(dān)載不影響該兩步反應(yīng)機(jī)理。
　　 (2) V2O5/AC催

4、化劑的低溫抗SO2毒化能力源于上述AC對(duì)H2SO4較強(qiáng)的低溫還原能力，從而恢復(fù)其孔結(jié)構(gòu)。在本文的實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)，AC的比表面積和孔體積對(duì)H2SO4的還原行為沒有影響;AC中的含N和含O官能團(tuán)有利于H2SO4的還原;AC中的某些礦物質(zhì)會(huì)和H2SO4(或NH4HSO4)反應(yīng)生成金屬硫酸鹽;V2O5的存在和氣氛中的NO不利于H2SO4的還原。
　　 (3)溫度低于175℃時(shí)，NH4HSO4抑制AC的脫硝活性，且抑制作用隨NH4HSO4

5、量增加而加劇;高于175℃時(shí)，NH4HSO4促進(jìn)AC的脫硝活性，且促進(jìn)作用隨NH4HSO4量增加而增大。在本文實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)，AC的比表面積和孔體積對(duì)其脫硝活性幾乎沒有影響，NH4HSO4對(duì)AC脫硝活性的影響與其比表面積和孔體積大小無(wú)關(guān);NH4HSO4對(duì)化學(xué)性質(zhì)不同的AC的脫硝活性影響略有不同。
　　 (4) SO2對(duì)催化劑脫硝的影響具有多重作用:一方面，SO2與O2+H2O+NH3原位生成的硫銨鹽對(duì)脫硝具有促進(jìn)作用，另一方面，

6、硫酸（或硫銨鹽）堵孔、SO2與NH3競(jìng)爭(zhēng)V2O5表面活性位，兩者對(duì)脫硝具有抑制作用。在本文的實(shí)驗(yàn)條件下，SO2與NH3的競(jìng)爭(zhēng)吸附所表現(xiàn)的抑制作用顯著于硫酸（或硫銨鹽）對(duì)脫硝的作用，因此總體表現(xiàn)為SO2抑制脫硝。
　　 (5)在150-250℃之間，V2O5/AC脫硝生成的副產(chǎn)物N2O很少，濃度在10 ppm以下。N2O源于AC和NH3共同還原NO的反應(yīng)。V2O5的擔(dān)載量對(duì)N2O的生成沒有顯著影響，SO2和H2O略微促進(jìn)了N2O的

7、生成。V2O5的擔(dān)載量對(duì)SCR反應(yīng)的選擇性（即對(duì)主產(chǎn)物N2的選擇性）有顯著促進(jìn)作用，0.91 wt％的V2O5就足以使N2的選擇性保持在95％以上。
　　 (6) V2O5擔(dān)載量和反應(yīng)溫度均促進(jìn)AC的氧化。SO2也促進(jìn)AC的氧化，尤其是在SO2通入反應(yīng)器初期。該促進(jìn)作用源于SO2和O2及H2O在催化劑表面生成的硫酸與AC中的含碳氧官能團(tuán)發(fā)生的反應(yīng)。AC表面的某些含碳氧官能團(tuán)不能與氧氣發(fā)生反應(yīng)，卻能被硫酸氧化。
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