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毕业设计精品]SCR法烟气脱硝催化剂结构表征与测试方法的探讨.doc

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毕业设计精品]SCR法烟气脱硝催化剂结构表征与测试方法的探讨.doc

SCR法烟气脱硝催化剂结构表征与测试方法的探讨摘要选择性催化还原脱硝技术SCR催化剂的性能直接关系到脱硝效果的好坏。介绍了SCR法烟气脱硝原理,阐述了SCR催化剂结构表征与性能的关系,对比分析了氮吸附法和压汞法两种测试方法的应用。关键词SCR催化剂脱硝结构表征中图分类号X701.7文献标识码A在人为固定污染源中燃煤电厂排放的NOx占20比例,氮氧化物对人类健康的威胁超过硫氧化物,氮氧化物(NOx)的存在,会造成大气层中臭氧含量减少、引发硝酸雨,致使人们感染气喘病、肺水肿、鼻炎、头痛等疾病。据测算,每燃烧一吨煤,就要产生5-30kg氮氧化物。可我国能源结构中有70-80%由煤的燃烧来提供。煤炭高温燃烧成为我国排放氮氧化物的主要来源之一。因此,如何有效地消除电厂烟气中的NOx,已成为环保中一个令人十分关注的重要课题1。在众多的脱硝技术中,选择性催化还原法SCR是脱硝效率最高,最成熟的脱硝技术24。其主要原理是以以NH3为还原剂在一定的温度范围内,以V2O5WO3/TiO2为催化剂来去除NOx5,6。主要发生以下还原反应在SCR系统中,催化剂的地位是举足轻重的,其催化性能直接影响到SCR系统的脱硝效果随着人们环保意识的逐渐加深,对催化剂的要求也不断提高一方面要进一步增加其脱硝效率如调节催化剂结构,加装均流装置等另一方面,则要更严格地控制其环保标准如降低二氧化硫转化率、汞的排放量等。目前,主要有Cormetech公司、日立公司、Topsoe公司等可以提供Ti02为载体的V205基催化。重庆中电投远达环保工程有限公司催化剂分公司全套引进美国Cormetech公司脱硝催化剂生产线,本文正是针对该公司生产的烟气脱硝催化剂的工程应用及质量控制,对烟气脱硝催化剂结构表征与性能的进行了相关的测试分析,从而确定生产工艺过程中影响催化剂活性的主要因素。1、脱硝催化剂结构特点与表征工业用催化剂必须具有活性、选择性和稳定性,这就决定了其结构无论是催化剂单粒还是催化剂块体都必须是多孔性的,其总表面积与孔结构是相互关联的,催化剂表征主要包括测定样品暴露的总表面积,并且测定每个不同化学相暴露的表面积,因此恒量催化剂性能的主要结构参量就是比表面积和孔容孔径7。重庆中电投远达环保工程有限公司催化剂分公司生产的烟气脱硝催化剂主要采用的是蜂窝式结构,蜂窝式催化剂是将氧化钛TiO2与其它活性组分以及陶瓷原料以均相方式结合在整个催化剂结构中,按照一定配比混合、搓揉均匀后形成模压原料,采用模压工艺挤压成型为蜂窝状单元,最后组装成标准规格的催化剂模块。蜂窝式催化剂单位体积的有效表面积大,要达到相同的脱硝效果,所需的催化剂量较少。1.1脱硝催化剂的表面积一般说,催化剂表面积越大,其上所含的活性中心越多,催化剂的活性也越高但催化剂表面活性随催化剂表面积增加而提高的关系仅出现在活性组分均匀分布的情况下。而大多数情况下81)、催化剂制备过程中活性组分可能不是均匀的分布2)、催化剂微孔的存在可能影响到传质过程,使表面不能充分利用3)、有时催化剂的活性表现是由于反应机理不同,而与表面积无关。催化剂表面积是表征催化剂性质的重要指标之一。测定催化剂表面积可以获得催化剂活性中心、催化剂失活、助剂和载体的作用等方面的信息。催化剂表面分为外表面和内表面1)、外表面非孔催化剂的表面。催化剂颗粒越小,比表面积越大2)、内表面多孔催化剂细孔的内壁。多孔催化剂的表面积主要由内表面贡献,孔径越小,数目越多时比表面积越大。1.2脱硝催化剂的孔容孔容是表示催化剂基体内部的大孔能与烟气接触程度的物理性能。常用比孔容来表示。比孔容Vg为1g催化剂颗粒内部所具有的孔体积。从1g催化剂的颗粒体积扣除骨架体积,即为比孔容9(3)2、脱硝催化剂测试方法2.1比表面积测试方法表面积的测定方法主要包括,气体吸附法、X射线小角度衍射法、直接测量法。本试验采用气体吸附法测定比表积,测定总表面积需要非选择性的物理吸附,为了防止化学吸附,通常采用氮气。氮气吸附法测定表面积是对样品上作为单层分子吸附的气体确定其气量。根据一般形式的BET方程10(4)其中P为平衡压力,V为吸附气体的总体积,从吸附等温线中读取对应的P和V,计算出P/VP0P和P/P0,以P/VP0P对P/P0作图,所得直线的斜率为Ic1/cVm,截距为L1/cVm,则(5)每克催化剂具有的表面积称为比表面积,(6)其中,S为催化剂总面积,Ṽ为吸附质的摩尔体积,NA为Avogadro常数,Sm为一个吸附质分子的截面积,W为催化剂质量。表面积测量时采用专用的测试设备。本试验测定采用(设备名称及出产公司)系统,其主要优点是fpgV110011PPcVccVPPVPmmLIVm1WSNVVWSSmAmg1测量时首先称取一定量的样品放入样品管中。然后将加入料的样品管脱气大约20分钟(设定温度300°C。之后,把样品管放入测试孔,浸泡在液氮溶液中达到规定的时间。测试结束时,样品管自动退出液氮。测试结果显示在显示屏上,给出表面积测量结果。2.2孔容孔径的测试方法主要采用的测试方法为压汞法,压汞法是以毛细管准则适用的液体渗透到小孔为基础,没有浸湿液体如汞和圆柱体孔的情况时,该准则用如下的Washburn公式来表达12D1/P4cos(7)其中,D是孔径,P是施加的作用力,是表面张力,而是接触角度,所有的单位都一致。渗透到孔中的汞量(V)作为施加作用力的函数而直接测量。PV的关系可反映出孔结构的唯一特性。其原理主要基于如下假设假设一个催化剂颗粒上所有的孔都是均匀的圆柱形孔,孔内壁光滑,伸入颗粒中心。则可以推断出平均孔半径与孔容成正比,与比表面成反比。当然,孔很少成圆柱体形因此,上面的公式只针对特殊情况,无法真实地反映常见孔形。但是,无论如何这个公式的使用也可作为一种解决最为复杂情况的方法。本试验测量采用设备名称及出产公司)系统,其主要优点是样品测试过程主要如下3测试结果与分析下图1示出氮吸附法得到的催化剂孔容孔径图谱。图1氮吸附法测量所得样品孔容孔径图下图2示出压汞法得到的催化剂孔容孔径图谱。图2压汞法测量所得样品孔容孔径图下表1示出针对6批样品分别采用氮吸附法和压汞法测试所得到的孔容孔对比表1对不同样品两种测试方法结果对比编号氮吸附法测试压汞法测试脱硝率(Nm/h)孔容(cc/g)孔径(nm)比表面积m2/g孔容(cc/g)孔径(Å)10.2969.73447.380.47670.304836.3820.2757.88150.710.40060.311937.6630.2839.73949.720.44770.31237.4740.2879.76948.40.39990.290737.1250.2776.63247.0450.32880.320934.9360.2687.88346.21150.28660.270135.67上述结果表明,孔容与比表面积的数据与催化剂的活性中心是相关的,孔容和比表面积可以出催化剂的脱硝率,比表面积大,脱硝率是表示催化剂基体内部的大孔能与烟气接触程度的物理性能。压汞法所测得的孔容主要反映催化剂中的大孔体积。这主要决定于生产过程中的混合工序,尤其是物料的含水率。比表面积测量的是催化剂内部所有大孔或大的通道、微孔和小孔、小通道的面积,这也是一种反映催化剂的表面可能与烟气接触能力的重要性能。微孔的尺寸主要由原料的性能决定,主要受煅烧工序影响。因此,两种尺寸的孔都是反映催化剂活性的关键指标,在生产过程中要求测量孔容的样品要和进行中试检测的样品要一致。如果出现中试试验催化剂活性有问题,那么可以通过检查孔容的数据判断哪道工序是控制的关键。4.结论对于脱硝催化剂的孔容采用须同时采用两种测试方法进行测量,两种测量系统分别采用不同的分子规格得到各自的检测结果,分别反应出催化剂内部孔体结构的不同特点,同时对应生产中相应的控制工序。另外需要强调的是,压汞法是检测体积,氮吸附法是检测面积。这两种测量之间可能有一定的关系,但是最好同时有这两种检测的数据,以便从趋势图分析中发现解决问题的办法。作者简介解晓斌,(1975),女,高级工程师,质量师,主要从SCR法烟气脱硝催化剂的制备及质量检测方面的研究。参考文献l张鹏,姚强.用于选择性催化还原法烟气脱硝的催化剂J.煤炭转化,2005,28218–24.2赵宗让.电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化J.中国电力,2005,113石磊.燃煤锅炉SCR法烟气脱硝技术J.锅炉技术,2009,4杨忠灿,文军,徐党旗.燃煤锅炉的选择性催化还原烟气脱,硝技术J.广东电力,2006,025李锋,金保升,翟俊霞.V2O5WO3MoO3/Ti02催化剂中不同组分对DeNO活性贡献的试验研究J.动力工程,2005,2556616FORZATTIP.PresentstatusandperspectiveindeNOxSCRcatalysisJ.ApplCatalA,2001,222221236.7周良峰,田建,尹华强,等.氨法SCR烟气脱硝技术研究进展J.四川化工,2007,10338–42.8王树荣,王琦,王建华,等1选择性催化还原脱硝技术在燃煤电厂的应用及发展J.电站系统工程,2005,2141113.9Valdes2SolisT,MarbanG,FuertesAB.Low2temperatureSCRofNOwithNH3overcarbon2ceramicsupportedcatalystsJ.AppliedCatalysisBEnvironmental,2003,462261271.10孙克勤,钟秦,李明波,等.V2O5–WO3/TiO2脱硝催化剂的制备及其性能研究J.环境科学研究,2007,203124–127.11闫志勇,高翔,吴杰,等.V2O5–WO3–MoO3/TiO2催化剂制备及NH3选择性还原NOx的试验研究J.动力工程,2007,272282–287.12张强,许世森,王志强.选择性催化还原烟气脱硝技术进展及工程应用J.热力发电,200441~6.

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