选择性催化还原脱硝催化剂的研究

I摘要催化剂是选择性催化还原脱硝技术的核心，而NOx的脱除效果受催化剂的低温活性、选择性和稳定性的影响。SCR脱硝催化剂性能也主要取决于催化剂活性组分和催化剂的载体。本文主要是对SCR技术及其催化剂进行了综述，并采用自行研制开发的V2O5-WO3/TiO2-Al2O3催化剂，通过考察温度、NH3与NO摩尔比、NO初始浓度、氧浓度等对这种催化剂脱硝性能的影响，为选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的应用提供了科学、有效的实验数据。并指出我国脱硝催化剂的发展应以提高催化剂寿命、开发新型催化剂及新工艺为主要方向，进行更加深入的研究与生产。关键词：选择性催化还原；脱硝催化剂；影响；应用IIAbstractCatalystisthekeytotheselectivecatalyticreductiondenitrationtechnology,catalystactivity,selectivityandstabilityoflowtemperaturedirectlyaffectstheremovalefficiencyofNOx.SCRdenitrationcatalystperformancemainlydependsontheactivecomponentofthecatalystandcatalystcarrier.ThispaperismainlyabouttheSCRtechnologyanditscatalystwerereviewed,andthedevelopmentofV2O5-WO3/TiO2-Al2O3catalystdevelopedbyourselves,theeffectsoftemperature,NH3andNOmolarratio,NOconcentration,oxygenconcentrationonthedenitrificationperformanceofthecatalystforselectivecatalyticreductioneffect,(SCR)andprovideexperimentaldataforthescientificapplicationofdenitrationcatalyst.Finally,itispointedoutthatthedevelopmentofdenitrationcatalystinourcountryshouldbetoimprovethecatalystlife,forthedirectionofthedevelopmentofnewcatalystandnewprocess.Keywords:selectivecatalyticreduction；denitrationcatalyst；influence；application目录摘要........................................................................................................................................ⅠAbstract.....................................................................................................................................Ⅱ第1章文献综述........................................................................................................................1第1节SCR技术概述.............................................................................................................1第2节SCR催化剂的概述.....................................................................................................2第2章实验部分........................................................................................................................4第1节实验材料与方法........................................................................................................4第2节实验过程....................................................................................................................4第3章实验结果与讨论............................................................................................................6第1节实验结果与讨论........................................................................................................6第2节影响催化剂脱硝率的分析......................................................................................11结论........................................................................................................................................12参考文献....................................................................................................................................13致谢........................................................................................................................................14绥化学院2015届本科生毕业论文1第1章文献综述第1节SCR技术概述1.1SCR技术研究背景1959年美国Eegelhard公司开发了SCR技术并申请了专利，而在20世纪70年日本率先对该方法实现了工业化。选择性催化还原烟气脱硝工艺是用SCR烟气脱硝装置进行的，在320～420℃和特定催化剂作用下，吹入NH3使其NOx还原为N2和H2O，以达到脱除NOx的目的。根据汽车工业发达国家的发展经验，当前SCR技术主要有两种技术路线包括美国的EGR+DPF/DOC路线和欧洲的优化燃烧+SCR路线[1]。表1-1两条技术路线比较[1]随着大量燃料的燃烧、工业废气和汽车尾气的排放，氮氧化物已经成为我国污染减排的重点[2]。由上表可知，目前脱硝效率最高、最为成熟的技术是SCR技术[3]。1.2SCR技术的基本原理SCR脱硝机理是指在SCR脱硝过程中，利用还原剂可以把NOx转化为空气中天然含有的N2和H2O，其反应方程式如下[4]：4NH3+2NO+2O2—→3N2+6H2O技术路线美国的DPF/DOC+EGR欧洲的优化燃烧+SCR油耗量系统的增加系统成本的增加使用成本的增加燃油含硫量的控制设备设施其他问题有害物转化情况油耗量增加尿素油耗均减少到4%以上OBD+冷却EGROBD+喷射尿素系统比较低整车成本的4%左右尿素消耗集热再生能源燃料酸含量的控制含硫量的需求高含硫量的需求低为减少在石油炼制工业油含量设备增加尿素的站点温度低时启动不容易尿素加热系统可能需要尿素冻结颗粒物捕集率90%NOx转化率65%绥化学院2015届本科生毕业论文24NH3+4NO+O2—→4N2+6H2O8NH3+6NO—→7N2+12H2O4NH3+6NO—→5N2+6H2O副反应方程式：4NH3+3O2—→2N2+6H2O4NH3+5O2—→4NO+6H2O2NH3—→N2+3H2NH3+SO3+H2O—→NH4HSO42SO2+O2—→2SO32NH3+SO3+H2O—→(NH4)2SO4当烟气通过反应器时，NOx、O2和还原剂气体自烟气扩散到催化剂外表面，再进一步向催化剂中的微孔表面扩散；还原性气体吸附在催化剂表面的活性中心，接着与气相的氮氧化物和氧气作用生成N2和H2O；催化剂表面上的N2和H2O被脱附到微孔内，接着从微孔内被向外扩散，扩散到催化剂的外表面，最后N2和H2O被在主流气体中带走。采用不同的还原剂，应选择不同类型的催化剂。氨、尿素、碳氢化合物(如甲烷、丙烯)等可以被作为还原剂[5]。第2节SCR催化剂的概述2.1SCR催化剂发展简史催化剂是选择性催化还原脱硝技术的核心部分，决定了SCR系统的脱销效率和经济性。近年来，美国、日本、德国等发达国家不断投入了大量的人力、物力和资金，研究开发高效率、低成本的烟气脱销催化剂，重点在于催化剂专利技术、技术转让、生产许可过程中的知识产权保护工作[6-9]。起初都是Pt-Rh和Pt等金属催化剂，它们均具有活性较高和反应温度较低的特点。但是因为价格昂贵，因此限制了它们的使用。所以在20世纪60年代末开始，日本日立、三菱、武田化工三家公司通过不断的研发，研制了TiO2基材的催化剂并逐渐取代Pt-Rh和Pt等金属催化剂。目前成为了SCR脱硝工程应用的主流催化剂产品。绥化学院2015届本科生毕业论文32.2SCR组成介绍目前SCR商用催化剂的基材基本都是TiO2，并且是以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份。催化剂主要含有有板式、蜂窝式和波纹板式三种型式[10-12]。板式催化剂基材是把TiO2、V2O5等粘连在不锈钢网上，并且经过混合、锻烧因而将催化剂板组装成催化剂模块。这主要是以不锈钢金属板压入金属网为基体材料的。蜂窝式催化剂是通过一种陶瓷挤出机器，将TiO2、V2O5、WO3等一些混合物制成截面为150mmX150mm，长度不等的小型催化剂元件，然后将其元件组装成为截面约为2m´1m的标准模块。波纹板式催化剂为了达到提高催化剂活性、降低SO2氧化率的目的将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂的表面，它的制造工艺的基材一般都是用用玻璃纤维加强的TiO2。绥化学院2015届本科生毕业论文4第2章实验部分第1节实验材料与方法1.1催化剂本实验用自己研究制造的催化剂V2O5-WO3/TiO2-Al2O3，通过控制变量的方法研究催化剂对脱硝性能的影响。首先令V2O5-WO3/TiO2-Al2O3催化剂的组成质量比为一定的值使其不变。1.2实验装置图2-1实验装置流程图该装置主要由微量注射器、温度控制仪、烟气分析仪、高压气瓶、转子流量计和催化反应器等结构组成。可以用来对催化剂脱硝性能变化的测量。整个装置由三部分组成分别是气体发生、催化反应和烟气分析部分。该实验主要是通过考察温度等对这种催化剂脱硝性能的影响，为选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的应用提供科学、有效的实验数据。第2节实验过程2.