低溫SCR脫硝催化劑的研究進(jìn)展

大氣網(wǎng)訊:1前言

隨著國家節(jié)能減排等戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，燃煤電廠的煙氣脫硝技術(shù)已漸趨成熟。大氣治理中非電力行業(yè)比例逐漸上升，而其中的部分行業(yè)排放的煙氣溫度較低，例如焦化、水泥、玻璃、工業(yè)鍋爐、垃圾焚燒等行業(yè)，因此研究高效的低溫脫硝技術(shù)是目前脫硝工藝的重要方向。

目前商用催化劑主要是V2O5-WO3、MoO3 /TiO2，以TiO2為載體、V2O5為活性組分、WO3或MoO3為活性助劑，活性助劑的添加提高了催化劑的高低溫活性并有效抑制副反應(yīng)的發(fā)生。該催化劑屬于中高溫催化劑，活性溫度窗口在300～400℃，在低于或高于此溫度范圍內(nèi)，催化劑脫硝活性開始下降，并發(fā)生可逆/不可逆中毒失活，不能滿足排放煙氣溫度在300℃以下工業(yè)的需求，若采用煙氣再加熱后脫硝的工藝，則會導(dǎo)致能源消耗增大。利用低溫SCR脫硝可以將脫硝工藝放在除塵或脫硫工藝之后，減少煙塵對催化劑的磨損和中毒效應(yīng)、避免煙氣再加熱，從而提高能效、節(jié)約運(yùn)行成本。因此，研究高效的低溫脫硝催化劑性能對低溫脫硝行業(yè)有著十分重要的意義。

1低溫催化劑研發(fā)方向

低溫脫硝催化劑難點(diǎn)：

(1)脫硝活性低：脫硝催化劑活性一般隨著煙氣溫度的降低而降低，當(dāng)溫度低于200℃時，現(xiàn)有低溫催化劑的活性較低，會造成脫硝效率不達(dá)標(biāo)，還會導(dǎo)致氨逃逸超標(biāo)等二次污染問題;

(2)抗硫中毒性能差：煙氣中的SO2和SO3，會和催化劑活性位發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致活性位數(shù)量的減少以及脫硝性能的下降。

(3)堵塞中毒嚴(yán)重：煙氣中的SO2經(jīng)氧化形成的SO3會和NH3反應(yīng)生成硫銨鹽，附著在催化劑表面，造成催化劑活性位的覆蓋，而且硫銨鹽會進(jìn)一步吸附煙氣中的飛灰，加劇堵塞，導(dǎo)致催化劑快速失活。

(4)水蒸汽耐受性差：低溫SCR脫硝過程中，煙氣中存在的水蒸氣，會通過物理競爭吸附和化學(xué)吸附干擾反應(yīng)，影響催化劑的脫硝效率。

低溫SCR脫硝催化劑在選擇性催化、使用壽命、性能穩(wěn)定、催化效果等方面還處于研究階段。研究過程中，SO2和水蒸汽對催化劑有一定的毒害作用，通過改進(jìn)催化劑的制備方法、選擇合適的催化劑活性成分和載體，提高催化劑的SO2和水蒸汽耐受性。因此，需在開展低溫SCR脫硝催化劑抗水蒸汽、抗SO2性能上進(jìn)行深入研究。

1華電光大釩基低溫催化劑技術(shù)進(jìn)展

針對低溫SCR脫硝，北京華電光大環(huán)境股份有限公司研發(fā)出華北電力大學(xué)國家生物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，通過對催化劑理論分析、性能評價(jià)和實(shí)驗(yàn)表征，分析各組分賦存形態(tài)與催化劑性能之間的關(guān)系，解釋催化劑抗中毒機(jī)理，成功地研發(fā)出高效的低溫平板式釩基脫硝催化劑。

1.1技術(shù)突破點(diǎn)

(1)優(yōu)化催化劑配方：通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，開發(fā)出不易發(fā)生活性中心硫酸化的催化劑配方。

(2)控制前驅(qū)物和負(fù)載量，改進(jìn)制備方法。

(3)改進(jìn)助劑配方和制備工藝：改善助劑與活性組分之間的交互作用，形成抑制SO2氧化的結(jié)構(gòu)，避免硫酸氫銨在催化劑表面的沉積。

1.2優(yōu)勢

(1)低溫下脫硝活性高

在150-280℃溫度區(qū)間內(nèi)都具有良好的催化活性：（a）通過調(diào)整加工方式優(yōu)化了催化劑孔結(jié)構(gòu)，合適的孔結(jié)構(gòu)提高了氧氣的擴(kuò)散，增加了氧分子的吸附。（b）配方優(yōu)化，增加了晶格缺陷，增加了晶格氧（O2-），提高了反應(yīng)氧的量。（c）通過催化劑的酸化，增加酸性位，尤其是增加B酸的酸位，有利于進(jìn)一步增加化學(xué)吸附氧。

圖1 低溫催化劑與常規(guī)催化劑脫銷效率比較

(2)抗低溫硫中毒能力強(qiáng)

從降低二氧化硫氧化率和減少硫酸氫銨生成兩方面入手，提高催化劑的抗SO2、H2O中毒能力，減少使用壽命周期內(nèi)的催化劑的再生頻率，降低硫銨的生成。

圖2 抗低溫硫中毒能力研究

華電光大低溫催化劑經(jīng)半工業(yè)化試驗(yàn)驗(yàn)證，在煙氣溫度150℃煙塵主要為鉀鹽和鈉鹽的條件下，連續(xù)運(yùn)行三個月依然保持有較高的脫硝效率（80~90%）和抗堿中毒性能力。同時，華電光大致力于低溫區(qū)、抗堵塞、抗中毒SCR脫硝催化劑的研發(fā)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)和專利群，并在2019年榮獲國家科學(xué)進(jìn)步二等獎和教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。

華電光大低溫脫硝催化劑適用范圍廣，在150-280℃的溫度區(qū)間內(nèi)能保持較好的活性；SO2轉(zhuǎn)化率極低，硫銨鹽生成量低；需用反應(yīng)器體積小，初投資少；可針對客戶所提供的煙氣參數(shù)量身定制最佳催化劑方案，開發(fā)出適用于焦?fàn)t、水泥、玻璃、燒結(jié)機(jī)、工業(yè)鍋爐等行業(yè)的脫硝系統(tǒng)