低温SCR催化剂脱硝效率分析_蒋亚彬

1 低温 SCR 催化剂脱硝效率分析 蒋亚彬 董月红 薛洋企 王田禾 国电科学技术研究院 江苏南京 210031 摘要 论述了在实验室条件下 对五种不同类型的催化剂进行低温 SCR 脱硝效率检测 并根据实验结果对催化 剂进行分析 重点比较了这五种催化剂的脱硝效率 并分析了添加成分在反应过程中的作用 从文中可以得出 低温 SCR 催化剂在低温反应区的最佳反应温度为 120 在同样流速下 随催化剂质量的增加 催化剂的脱硝效 率随之增大 催化剂中添加活性分子元素后可提高催化剂的脱硝效率 且脱硝效率随活性分子含量增加而升高 催化剂中添加 Si元素后成型更稳定 脱硝效率有一定提高 关键词 低温 SCR 催化剂 脱硝效率 Low Temperature SCR Catalyst Denitration Efficiency Analysis JIANG Yabin DONG Yuehong XUE Yangqi WANG Tianhe Guodian Science and Technology Research Institute Nanjing Jiangsu 210031 China Abstract This paper discusses in the laboratory condition the test todetectthe denitration efficiency ofthe five different types of catalyst in low temperature SCR and according to the result of the experiment analysiscatalystand reach a conclusion andfocustocomparethedenitration efficiency of the five kinds of catalysts and analysisthe role of added elements in the reaction process Thetextcan come to the resultthe best reaction temperatureofthe low temperature SCR catalyst is 120 In the same flow velocities the carrier increased quality thedenitration efficiency will also increase Catalyst added active moleculeelementscan improvedenitration efficiency and the denitration efficiency improves with the reactive molecules content increasing Catalystadded Si element isformed more stable whichimproves thedenitration efficiency Keywords low temperature SCR catalyst denigration efficienc 以燃煤为主的大型火电厂锅炉系统排放的二氧化硫 SO2 和氮氧化物 NOx 是造成大气污染的主要固定 污染源 1 2010 年 5 月 11 日国办发布的 国务院办公厅转发环境保护部等部门关于推进大气污染联防联 控工作改善区域空气质量指导意见的通知 中就强调加强氮氧化物污染减排 建立氮氧化物排放总量控制 制度 十二五 计划中对于 火力发电锅炉及燃气轮机组大气污染物特别排放限值 的规定中 燃煤锅 炉氮氧化物限制为 150 450g m3 从中可以看出随着国家环保法规 标准的不断严格 对NOx的排放和控 制必将越来越重视 近些年来 在对于污染物的控制方面 人们做了大量的研究 并研究出了许多应用 技术 选择性催化还原技术 SCR 是目前国内外应用最为广泛的固定源脱硝技术 由于已商业化的催化剂的 活性温度窗口 300 400 较高 为获得理想的脱硝效果 多采用高温高灰工艺 即将SCR装置设在除尘 和脱硫之前 但高温操作会造成系统运行费用升高 同时对催化剂的抗硫和抗粉尘等性能要求较高 目 作者简介 蒋亚彬 高级工程师 从事烟气净化 脱硫脱销工程和技术研究 电话Email jyb1836 2 前国内绝大多数固定源尚未安装 SCR 装置 若采用该法进行脱硝 须对现有尾气处理系统进行较大规模 的改造以适应技术需要 实施成本较高 因此 适用于尾气处理系统末端的低温 SCR 技术成为研究人员 关注的热点 该法将 SCR 系统置于脱硫工序之后 不需对原有系统进行改造 催化剂可在较 洁净 的环 境下工作 延长了催化剂寿命 更适应我国现有国情 2 本文主要研究低温 SCR 催化剂 试验中所用的催化剂是一种自成型催化剂 该催化剂是将氧化钛 TiO2 与陶瓷原料以一定比例搅拌均匀 采用模压工艺挤压成型 用浸渍法将活性成分以一定比例添加 到载体中 干燥成型 本文活性成分涉及五种不同组分 然后对催化剂进行检测实验 比较各催化剂的 脱硝效率 1 实验概况实验概况 1 1 制备制备 用浸渍法制备 SCR 催化剂 载体为自行研制的 TiO2载体 50mm 将不同重量的 TiO2载体分别浸入 配置好的催化剂中 经100 空气3h干燥 500 空气2h焙烧处理后测定载体重量 以估算催化剂的负载 量 1 2 实验实验 用烟气分析仪测试SCR催化剂的脱硝效率 反应条件为 120 0 1MPa 模拟尾气试验条件下烟气 组成为 NOx600ppm nNH3 nNO 1 1 1 摩尔比 O26 其余为 N2 模拟烟气空速 1 000 9 000h 1 1 3 实验图实验图 图 1 试验室催化剂脱硝效率检测示意图 2 实验结果与分析实验结果与分析 2 1 反应温度对催化活性的影响反应温度对催化活性的影响 2 1 1 不同反应温度对同一催化剂的影响不同反应温度对同一催化剂的影响 本实验对 TMC 催化剂进行 5 种温度的测试 结果如图 2 所示 从图中可知随着反应温度的升高 脱 硝效率提高 到120 脱硝效率达到最大 温度继续升高 脱硝效率反而降低 在SCR反应过程中温度 的影响存在两种趋势 一方面随着温度的升高 NOx与NH3选择性反应速率提高 脱硝效率升高 另一方 面温度的升高使 NH3氧化反应开始发生 使脱硝效率下降 因此 最佳温度是这两种趋势对立统一的结 果 由图 2 可以看出 TMC 催化剂最佳反应温度为 120 3 80100120140160 40 50 60 70 80 NOx Conversion rate temperature C 图 2 同种催化剂五种温度比较 2 1 2 不同反应温度对不同催化剂的影响不同反应温度对不同催化剂的影响 本实验是在两种反应温度即 90 和 120 下对五种不同催化剂进行脱硝效率比较 从图 3 可以看出 120 温度下的脱硝效率明显高于 90 考虑到 120 时催化剂脱硝效率最高 后续试验均在 120 下进 行 TMCTCMTMTMCWTMCM 50 55 60 65 70 75 80 NOx conversion rate 90 C 120 C catalyst 图 3 两种温度下比较 2 2 催化剂质量催化剂质量对催化活性的影响对催化活性的影响 本实验在一定的烟气流量条件下 对不同质量的催化剂进行脱硝效率检测 从图 4 中可知脱硝效率随 催化剂质量的增大而升高 质量为45g 时脱销效率最高 催化剂质量增多 反应气体与催化剂的接触面积 相应就会增大 有利于反应气体在催化剂微孔内的扩散 吸附 反应和产物气体的解析 扩散 从而使 脱硝效率升高 TMCTCMTMTMCWTMCM 55 60 65 70 75 80 85 90 NOx conversion rate 15g 30g 45g catalyst 图 4 不同载体质量的比较 4 2 3 不同活性分子的含量对催化活性的影响不同活性分子的含量对催化活性的影响 本组实验对 10 和 5 的活性分子含量的催化剂进行检测 从图 5 可知 10 含量的催化剂脱硝效率明 显比 5 含量的催化剂脱硝效率高 催化剂中活性分子含量增加 脱硝效率提高 TMCTCMTMTMCWTMCM 60 65 70 75 80 85 90 95 NOx conversion rate 10 5 catalyst 图 5 催化剂两种不同活性分子含量比较 2 4 不同活性分子的催化剂的比较不同活性分子的催化剂的比较 本实验针对不同质量 不同活性分子的催化剂进行检测试验 从图 6 可以看出 TM 催化剂 TCM 催 化剂 TMC 催化剂 TMCM 催化剂 TMCW 催化剂催化效率的变化趋势是递增的 这是因为在原始的 TM催化剂里加入少量Ce元素 Ce元素的加入可以提高催化剂的脱硝效率和N2选择性 同时具有高的抗 SO2和H2O的能力 所以脱硝效率就会增大 随着Ce的含量增加 脱硝效率更高 在TMC催化剂基础上 加入 Mo 随 Mo 元素含量的增加 TiO2载体表面多聚钼酸盐物种的覆盖度增加 SCR 活性增大 所以脱 硝效率就会增大 在TMC催化剂基础上加入W元素 WO3是催化剂中重要的助催化剂 有利于提高催化 剂的稳定性 减轻烟气中 SO2的氧化速率 3 而且可以增加催化剂的比表面积 促进活性组分的分散 4 所以脱硝效率增大 TMCTCMTMTMCWTMCM 60 70 80 90 NOx conversion rate 15g 30g 45g catalyst 图 6 不同活性分子的催化剂比较 2 5 含含Si与无与无Si的催化效率比较的催化效率比较 本实验对不同质量 催化活性分子含量 10 含 Si的催化剂与无 Si的催化剂进行试验 从图 7 可以 看出含 Si对催化剂脱硝效率有一定提高 纯 SiO2对催化效率没有影响 但含 Si的催化剂从外形上看要比 无 Si的催化剂机械强度增加 成型更稳定 这样催化活性分子在催化剂的负载量就更稳定更多 对脱硝效 率有一定提高 5 TMC5 TCM5 TM5 TMCW5 TMCM5 60 70 80 90 100 Conversion efficiency no Si Si catalyst 图 7 质量 45g 不同催化剂有 Si 与无 Si 比较 3 实验结论实验结论 1 催化剂在低温反应区的最佳反应温度为 120 2 随着催化剂的质量增多 脱硝效率增大 3 随着催化剂中活性分子含量增加 脱硝效率提高 4 不同的活性分子 Ce Mo W 元素的加入可以提高催化剂效率 且加入 W 时脱硝效率最好 5 含 Si的催化剂从性能上要比无 Si的催化剂机械强度高 成型更稳定 催化活性分子负载量更稳 定更多 对脱硝效率有一定提高 参考文献 1 唐富顺 许波连 王奇 整体式 SCR 催化剂的制备与性能研究 J 分子催化 2007 增刊 2 唐晓龙 郝吉明 徐文国 新型 MnOx催化剂用于低温 NH3选择性催化还原 NOx J 催化学报 2006 27 10 843 848 3 闫 志 勇 高 翔 岑 可 法 V2O5 WO3 MoO3