SCR脫硝動(dòng)力學(xué)及催化劑表面SO2中毒機(jī)制.pdf

1、氮氧化物(NOx)是全球性的大氣污染物之一，煙氣脫硝選擇性催化還原技術(shù)(簡(jiǎn)稱SCR技術(shù))被認(rèn)為是脫除固定源和移動(dòng)源NOx的有效方法。近年來低溫SCR技術(shù)由于其裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、脫硝效率較高，而且運(yùn)行可靠、方便維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)受到了眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。然而，就目前的研究現(xiàn)狀來看，催化劑低溫范圍內(nèi)活性不高，動(dòng)力學(xué)機(jī)理和SO2中毒機(jī)理不明確是SCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化的瓶頸，因此，本文對(duì)負(fù)載型催化劑的動(dòng)力學(xué)過程和SO2中毒機(jī)制進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。

2、
　　本論文采用TiO2為載體，浸漬法制備了催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2，通過脫硝活性測(cè)試，研究了溫度、O2濃度和[NH3]/[NO]的摩爾比值三種操作參數(shù)對(duì)催化劑脫硝性能的影響，結(jié)果顯示，脫硝活性變化隨溫度升高而變大，350℃以后基本保持在95％左右。[NH3]/[NO]<1.1時(shí)，催化劑NO的轉(zhuǎn)化率隨著比值的增加而增大；當(dāng)[NH3]/[NO]≥1.1時(shí)，脫硝活性基本保持不變。當(dāng)O2<4%時(shí)，催化劑脫硝活性隨著氧濃度

3、的增加而增大，當(dāng)濃度超過4%以后，NO轉(zhuǎn)化率趨于穩(wěn)定。用經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算得出催化劑的本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)及相應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程表達(dá)式，采用瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)分析得出催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2上進(jìn)行的NH3-SCR反應(yīng)符合Eley-Rideal機(jī)理，即強(qiáng)吸附態(tài)的NH3與氣相或微弱吸附態(tài)的NO發(fā)生NH3-SCR反應(yīng)。
　　在此基礎(chǔ)上，采用相同方法制備催化劑Mn-Ce/TiO2、Cu-Ce/TiO2、Mn-Cu-Ce/TiO2，根據(jù)脫硝活性測(cè)試得

4、到動(dòng)力學(xué)參數(shù)(A和Ea)大小順序：Mn(0.2)-Ce/TiO2>Mn(0.5)-Ce/TiO2> Mn(0.4)-Ce/TiO2> Mn(0.3)-Ce/TiO2； Cu(0.1)-Ce/TiO2>Cu(0.4)-Ce/TiO2> Cu(0.3)-Ce/TiO2> Cu(0.2)-Ce/TiO2； Mn(0.2)-Cu(0.2)-Ce/TiO2>Mn(0.1)-Cu(0.3)-Ce/TiO2>Mn(0.3)-Cu(0.1)-Ce/Ti

5、O2。并通過XRD、NH3-TPD、TPR比較并分析了三類催化劑的表面性能與脫硝性能之間的關(guān)系。
　　此外，本文還系統(tǒng)的探究了SO2在低溫條件下對(duì)催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2的影響(脫硝活性在4小時(shí)內(nèi)從85%下降至50%以下)及原因(表面沉積了硫銨鹽和金屬硫酸鹽)。同時(shí)，對(duì)影響催化劑中毒的SO2吸附情況、吸附轉(zhuǎn)化率、H2O、溫度、催化組分等因素進(jìn)行了討論，結(jié)果表明，SO2在四類催化劑表面均有不同程度的吸附，多組分催化劑

6、更容易吸附SO2，且結(jié)合物的生成量也較多；催化劑V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2在低溫下具有較低的SO2吸附轉(zhuǎn)化率，活性組分Mn可以有效降低SO2在200~350℃范圍內(nèi)的吸附轉(zhuǎn)化率。H2O可導(dǎo)致催化劑表面致毒物質(zhì)生成量增加，增加量大小順序?yàn)椋篊u-Ce/TiO2>Mn-Cu-Ce/TiO2> Mn-Ce/TiO2> V-W-Mn-Cu-Ce/TiO2。溫度的升高可以減少催化劑Mn(0.2)-Ce/TiO2表面致毒物質(zhì)的生成量。180

7、℃的條件下，Mn-Cu-Ce/TiO2比Mn-Ce/TiO2和Cu-Ce/TiO2更易與SO2反應(yīng)，中毒失去活性。
　　最后，本文研究了催化劑表面硫銨鹽和金屬硫酸鹽的熱穩(wěn)定性能和對(duì)不同組分催化劑SO2中毒情況的影響，探究了SCR催化劑SO2中毒的機(jī)制。通過TG-DTG和FT-IR測(cè)試發(fā)現(xiàn)，硫酸銨鹽在Mn-Ce/TiO2催化劑表面的熱穩(wěn)定性要低于在Cu-Ce/TiO2催化劑的表面，但金屬硫酸鹽的熱穩(wěn)定性在Cu-Ce/TiO2催化劑表