新型鐵鈰鈦催化劑SCR脫硝性能及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、氮氧化物嚴(yán)峻的排放形勢(shì)及其對(duì)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展造成的巨大壓力，使得氨選擇性催化還原(NH3-SCR)技術(shù)成為我國(guó)火電脫硝領(lǐng)域的重要選擇。SCR技術(shù)的核心是催化劑，低溫SCR技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有SCR技術(shù)能耗及運(yùn)行成本更低，因此低溫SCR催化劑的研發(fā)正成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。本課題組前期研究表明鐵鈰催化劑具有相對(duì)較高的中低溫SCR活性，但活性溫度還不能滿足低溫脫硝的要求，本文在保證Ti摩爾總量不變的前提下，通過(guò)向鐵鈰催化劑中引入另一種Ti化合物，來(lái)探討改善

2、其低溫脫硝特性的途徑，并對(duì)該新型鐵鈰鈦催化劑進(jìn)行脫硝性能及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究。
　　 Ti與Fe元素序號(hào)相近，當(dāng)Ti添加到鐵鈰催化劑中時(shí)，會(huì)對(duì)Fe原子核外電子云產(chǎn)生誘導(dǎo)，在此過(guò)程中發(fā)生的物理化學(xué)變化會(huì)使催化劑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)特性發(fā)生改變，從而影響催化劑的SCR性能。本文通過(guò)對(duì)Ti添加量不同的催化劑進(jìn)行SCR活性實(shí)驗(yàn)，探討改善其低溫脫硝特性的途徑并確定Ti的最佳添加量;通過(guò)對(duì)該催化劑進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)(BET)、表面元素價(jià)態(tài)及濃度分布(

3、XPS)、X射線晶格衍射(XRD)、程序升溫脫附(TPD)等表征結(jié)構(gòu)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)Ti添加使催化劑的孔徑更小從而比表面積和比孔容更大，活性組分以無(wú)定形態(tài)高度分散在催化劑表面，且催化劑表面的氧濃度更大，低溫區(qū)間內(nèi)NH3吸附量更多，這些都能促進(jìn)低溫SCR反應(yīng)的進(jìn)行。
　　 在此基礎(chǔ)上，本文系統(tǒng)考察了煅燒溫度、反應(yīng)溫度、O2濃度、氨氮比(NH3/NO)和空速比(GHSV)對(duì)新型鐵鈰鈦催化劑SCR脫硝活性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn):煅燒溫度為400℃

4、制備的催化劑SCR活性最高，煅燒溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致活性組分結(jié)晶、分散度降低;反應(yīng)溫度為175℃時(shí)，催化劑脫硝效率即可達(dá)到90％，低溫活性優(yōu)良，在200～400℃區(qū)間內(nèi)，脫硝效率保持在95％以上;O2在SCR反應(yīng)中至關(guān)重要，反應(yīng)氣氛中沒(méi)有O2時(shí)，催化劑脫硝效率極低，通入少量O2，脫硝效率即迅速升高，O2濃度超過(guò)3％后，脫硝效率達(dá)到最大并保持不變;氨氮比為1、空速比為30，000 h-1時(shí)，催化劑的脫硝效率最高。
　　 此外，本文還對(duì)該

5、新型鐵鈰鈦催化劑進(jìn)行了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究，在分析NH3濃度、NO濃度、O2濃度對(duì)SCR反應(yīng)速率影響的基礎(chǔ)上，得到SCR反應(yīng)中，NH3為零級(jí)反應(yīng)，NO為一級(jí)反應(yīng)，當(dāng)O2濃度大于3％時(shí)，其為零級(jí)反應(yīng)，而O2濃度小于3％時(shí)，其反應(yīng)級(jí)數(shù)為0.39。同時(shí)計(jì)算得到催化劑的反應(yīng)活化能E(a)=28.6 KJ·mol-1（目前商用釩鈦催化劑活化能一般為70～90 KJ·mol-1，鐵基催化劑活化能一般為50～70KJ·mol-1)、反應(yīng)速率常數(shù)k=