中低温NH_(3)-SCR催化剂抗中毒与再生研究进展

中低温氨选择性催化还原(NH_(3)-SCR)氮氧化物(NO_(x))催化剂广泛应用于钢铁、焦化、陶瓷、玻璃、水泥、垃圾焚烧、燃气锅炉等非电行业.不同工况下,硫、酸、碱金属、飞灰等会导致SCR催化剂中毒.因此,如何制备抗中毒性能好的脱硝催化剂,并且有效再生失活SCR催化剂一直是研究热点.本综述针对不同中低温SCR的工况,对比总结脱硝催化剂的应用、抗中毒机制与再生方法,最后对中低温SCR脱硝催化技术进行展望.

Fe-Cu/ZSM-5催化剂的NH_3-SCR脱硝性能

通过浸渍法制备了Fe和Cu含量比不同的系列Fe-Cu/ZSM-5催化剂,利用XRD、H2-TPR、NH3-TPD和原位DRIFTS等技术对催化剂进行了表征,并对其NH3-SCR脱硝性能进行了研究。结果表明,双金属改性的Fe-Cu/ZSM-5催化剂活性温度窗口拓宽,其中,Fe-Cu/ZSM-5 1∶4催化剂脱硝性能优异,250-450℃下脱硝效率均超过90%,335℃时脱硝效率达到最大值96.46%。铜和铁物种能以无定型氧化物良好分散于载体表面,双金属负载改性催化剂保留了ZSM-5的晶体结构。Fe-Cu/ZSM-5 1∶4催化剂具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能,一定温度条件下NH3-SCR反应过程中同时存在E-R机理和L-H机理,且E-R机理反应起始温度低于L-H机理;200℃为催化脱硝反应的起活温度。

四元SCR催化剂V_2O_5-WO_3-MoO_3/TiO_2脱硝性能

以锐钛型TiO2为载体,V2O5为主要活性成分,同时负载WO3和MoO3作为活性助剂,制备了四元催化剂V2O5-WO3-MoO3/TiO2,并对该催化剂的脱硝活性、催化选择性及微观表征进行了研究。结果表明,该四元催化剂脱硝性能优于相同负载量下单一负载W或Mo的三元催化剂,W可以提高催化剂高温(>400℃)活性,同时抑制Mo在高温区间导致的副反应发生,Mo可以提高低温(<300℃)活性,弥补W在低温区间的活性不足。该四元催化剂最大活性99%,温度窗口(脱硝活性>80%)为280～420℃,在180～380℃范围内SO2氧化率为零,在0～1000℃范围内存在3个失重峰,100～130℃结晶水蒸发,230～270℃有机添加剂分解,500～530℃无机盐分解,微观镜像表明该催化剂颗粒均匀致密,粒径大小一致,没有出现团聚现象,具有完整的微孔结构。

SO2氧化对SCR法烟气脱硝的影响

实验室制备了V_2O_5-WO_3/TiO_2脱硝催化剂,并通过BET、XRD、SEM等方法对微观结构进行表征,在固定床反应器中以不同的烟气组成研究SO_2对催化剂脱硝性能的影响。结果表明,进气中含有SO_2将降低NO的脱除效率,同时也会减少N_2O的生成,而NO的存在抑制了SO_2催化剂上的氧化。对600 MW电厂的SCR反应进行估算发现,空气预热器中NH_4HSO_4的生成量较大。

溶胶/粉末复合浸渍法制备颗粒状SCR脱硝催化剂的特性

针对以V2O5-WO3/TiO2为成分的颗粒状SCR脱硝催化剂在制备过程中存在的有效组分加载均匀性等问题,尝试了利用偏钛酸溶胶作为载体的催化剂生产方法.利用粉末/溶胶复合浸渍方式设计出4种催化剂的制备方法并分别制得样品.通过在不同温度条件下样品对烟气中NOx成分去除效能的性能测试,以及进行相关的微观表征分析,研究比较了不同制备方式对催化剂特性的影响规律,旨在探索出一种合理、高效的催化剂制备工艺.结果表明:利用偏钛酸溶胶作为载体,同步浸渍加载WO3和V2O52种组分,相比传统的粉末浸渍和两步浸渍方式,该方法能够使浸渍组分在载体表面获得较高的覆盖率,并有效避免了浸渍组分溶出和重结晶现象的发生,所制得的催化剂样品具有较高的脱硝效率.

抗SO_2和H_2O中毒的低温NH_3-SCR脱硝催化剂研究进展

低温NH3-SCR技术能在较低温度下实现NOx高效转化为N2,具有较好的经济效益,应用前景广阔。若反应气体中含有H2O和SO2时,会导致低温NH3-SCR催化剂中毒失活,限制了低温NH3-SCR技术的应用。本文对低温NH3-SCR催化剂H2O和SO2中毒机理进行了阐述,重点关注以V、Mn、Ce、Fe 4种过渡金属和以贵金属为活性组分的低温NH3-SCR催化剂的研究进展,分析了元素掺杂、载体性质、制备方法和反应机理等方面与催化剂抗SO2和H2O中毒性能的关系。针对当前存在的问题,指出了今后的研究重点是深入分析催化剂中毒时硫酸盐类的生成过程,并提出相应的控制对策。

还原剂分布不均匀对SCR脱硝性能影响的模拟分析

以一个实际反应器的设计方案为对象,对烟气中反应物的浓度分布不均匀对SCR脱硝性能影响进行了模拟分析。假设烟气中NOx分布均匀,氨分布不均匀,并假定氨氮摩尔比的空间分布是一个遵循均匀分布的随机变量。模拟计算结果表明,烟气中氨的分布的不均匀性对脱硝装置的脱硝效率和氨逃逸有显著影响。平均脱硝效率随氨氮摩尔比相对偏差的增大而减少,平均氨逃逸随氨氮摩尔比偏差的增大而增加,氨氮摩尔比相对偏差小于10%时,平均脱硝效率和平均氨逃逸与设计值的偏离不太大。

燃气-蒸汽联合循环机组SCR脱硝技术研究

以某9F级燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉为原型,进行了选择性催化还原(SCR)脱硝系统改造设计研究,根据脱硝系统所需氨耗量和烟气参数设计了氨水蒸发系统,根据余热锅炉的具体尺寸和实际运行烟温参数确定了催化剂的布置位置和参数,并采用数值模拟方法研究了改造后余热锅炉脱硝系统的烟气流场。结果表明:对于高位布置的燃气轮机,在扩口段烟道可不设置导流板;采用分区可调的多组一体式氨注射混合器,能在较短距离内加强氨气和NOx的混合;项目改造完成后进行了喷氨优化调整试验,最终脱硝系统出口截面上的NOx分布相对标准偏差从29.6%降至19.6%,氨逃逸量从3.46μL/L降至2.89μL/L,改善效果明显。

蜂窝状SCR脱硝催化剂成型配方选择

通过对钒钛基蜂窝状SCR脱硝催化剂的制备工艺研究,探索了二氧化钛(TiO2)载体及成型剂配方对产品机械性能及脱硝活性的影响.分别选用工业级硫酸法锐钛型TiO2和进口商业纳米锐钛型TiO2为载体原料,所考察的主成型剂包括二氧化硅(SiO2),活性氧化铝(γ-Al2O3),以及SiO2和硼酸(H3BO3)的混合粉体.进一步对载体及所制备催化剂样品进行表征,机械强度及脱硝活性测试.结果表明,商业纳米级TiO2较工业级TiO2在杂质含量、粉体粒径、分散度等方面占有明显优势,但TiO2晶粒尺寸要高于后者,比表面积亦低于工业级样品.在SCR催化剂制备上,相对工业级TiO2而言商业纳米级TiO2制备样获得了较高的机械强度,但其在脱硝活性方面并不占有优势.而对主成型剂配方的探索显示,以SiO2与H3BO3按一定比例混合得到的成型剂配方不但能够显著提高蜂窝状催化剂的机械性能,另一方面也能够维持其较高的脱硝活性,因此该配方作为钒钛基SCR催化剂的成型剂是合理可行的.

基于影响因子的SCR脱硝系统喷氨量优化模拟

为提高某660MW机组选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝系统出口NOx浓度分布均匀性,基于性能试验的实测烟气数据作为模拟入口边界条件,对烟气的湍流流动、多组分扩散和化学反应进行CFD数值计算。模拟分析了100%、75%和50%这3个典型工况下的烟气流场规律,得到5个分区及42个喷嘴喷氨对催化剂入口截面18个区域氨浓度分布影响因子,建立并求解最优喷氨量的矩阵方程。对优化后的喷氨量进行模拟得到3个工况出口NOx浓度的相对标准偏差分别为13.7%、15.3%和17.6%,出口均匀性显著提高。结果表明采用影响因子定量计算最优喷氨量的方法适用于不同工况,且计算效率高,为实际喷氨优化调整试验和运行提供理论参考。

燃煤电站SCR催化剂更换周期及策略优化数学模型

对燃煤电站烟气脱硝选择性催化还原(SCR)催化剂的有效管理进行了研究,得到催化剂活性预测模型、反应器脱硝性能计算数学模型和催化剂更新效益评估模型。根据这些模型,可以对催化剂更新策略进行研究,并可对其效益进行评估。SCR脱硝反应器性能计算可采用分层计算的方法,所有催化剂层脱硝潜能之和即为反应器脱硝潜能的总和。对运行数日的催化剂及新催化剂样品进行了催化活性测试,得到了催化剂失活函数,为催化剂更新及其效益评估的工程实践打下了基础。

SCR脱硝催化反应模型的建立与验证

为研究硫酸氢铵在低温选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化反应器中的生成条件、沉积及富集规律和催化剂再生技术,设计和搭建参照实际低温脱硝工程的中试规模的SCR反应器系统.在实验过程中,不能准确测量出沿催化剂轴向或在反应截面上NH_3或NO_x质量浓度的分布情况,而该情况对实验研究是比较重要的.为此,采用化学反应动力学和计算流体力学建立了SCR脱硝催化反应模拟模型,通过在相同反应条件下分别设定不同氨氮比、温度,比对实验测量数据间的变化趋势与模拟计算结果的一致性,验证所建催化反应模拟模型的正确性.该模型可为分析研究硫酸氢铵在反应截面上或沿催化剂轴向的生成条件、沉积及富集规律提供数据支撑,同时也能用于实际SCR脱硝工程脱硝催化反应过程的模拟.

火电SCR脱硝系统混合与均流CFD仿真

火电烟气脱硝系统能否达到高脱硝率与低氨气逃逸率,很大程度上取决于进入脱硝反应器之前烟气中的氮氧化物与还原剂氨气混合均匀程度和烟气速度分布。为此,需在脱硝反应器之前的烟道内安装烟气-氨混合器、导流板均流装置。采用计算流体力学仿真软件对烟道中的流态进行了仿真,结果表明,格栅型混合器的使用能够增强气体径向混合,改善烟气与氨气混合的均匀程度;在烟道转弯处加入导流板可以明显减少出口速度分布偏差。所用计算流体力学仿真软件可以给出烟道内任意位置的速度和浓度可视化输出,在经过流态模型实验的验证后,这些信息可以成为烟道内混合与均流装置优化设计的依据。

三聚氰胺浸渍活性炭用于低温NH_3-SCR脱硝的研究

通过将三聚氰胺(M)浸渍在活性炭(AC)上制备了渗氮活性炭(ACM),研究了浸渍时间、煅烧温度等因素对ACM含氮量以及低温NH3-SCR脱硝活性的影响。结果表明,三聚氰胺浸渍后可以提高活性炭的低温脱硝活性,在80℃下ACM-5-900的NO转化率达到51.67%,而AC只有21.92%。采用BET、元素分析及XPS等分别对渗氮活性炭ACM的结构、表面含氮量以及含氮官能团分布进行分析,表明含氮官能团的存在形式而不是含氮量影响渗氮活性炭的低温脱硝活性。同时NO+O2-TPD结果表明,渗氮改性后脱硝活性提高主要是由于表面含氮官能团提高了活性炭对NO的吸附和氧化。另外,SO2的存在会抑制渗氮活性炭的低温脱硝活性。

SCR脱硝系统蜂窝式催化剂性能评估及寿命管理

以某燃煤电厂选择性催化还原(SCR)脱硝系统蜂窝式催化剂为研究对象,在中试试验台上对不同运行时间下的催化剂脱硝性能进行了检测,评估了不同工况下的脱硝效率、氨逃逸量、SO2/SO3转化率等性能参数,并运用X射线衍射、X射线荧光光谱仪和氮气吸脱附等方法对催化剂进行了理化特性表征。结果表明:催化剂未发生因运行温度过高造成的烧结失活;运行过程中飞灰沉积造成的微观特性劣化是导致催化剂脱硝性能下降的主要原因。在此基础上给出了催化剂寿命管理建议,以期为电厂的运行管理提供参考。

燃煤锅炉烟气SCR脱硝工艺关键技术研究

针对燃煤锅炉烟气中氮氧化物去除技术,主要探讨了选择性催化还原脱硝工艺的关键技术。对不同锅炉燃烧方式、不同烟气参数下选择性催化还原技术中烟气混合技术和催化剂技术对工程设计、运行、烟气脱硝率、氨逃逸及SO2/SO3氧化率等参数影响进行了阐述。

燃煤电厂蜂窝式SCR催化剂性能检测评估研究

以某燃煤电厂蜂窝式选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂为研究对象,对其在不同运行时间下的脱硝性能(脱硝效率、氨逃逸、活性等)进行了中试试验台检测,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和氮气吸脱附对催化剂进行了理化特性表征。针对催化剂性能降低的原因,提出催化剂寿命管理建议,以期为电厂的运行管理提供参考。

SCR技术应用于国内大型燃煤电站锅炉的技术探讨

SCR技术是目前国际上最成熟、应用最广泛的脱硝技术。对SCR技术的脱硝原理进行了介绍;对SCR技术应用于国内典型电站锅炉进行了论述;对加装脱硝装置对锅炉的影响和机组需进行的调整进行了分析;最后,从环保角度和技术可行性角度对脱硝产业进行了展望。

不同方式合成纳米TiO_2载体在SCR脱硝催化剂制备中的应用

通过不同方式合成纳米TiO2,并以此为载体负载活性物质制得1%V2O5-10%WO3/TiO2的SCR脱硝催化剂.纳米TiO2制备方式包括溶胶凝胶法、TiCl4水解法、直接沉淀及均相沉淀法.试验结果表明,用这4种方法制备得到的TiO2均为锐钛型,以均相沉淀法合成的纳米TiO2为载体制得的催化剂具有较高的比表面积及脱硝性能,并表现出明显的活性温度窗口.进一步引入超声作用优化均相沉淀反应条件,结果表明,相比同类型传统方法,超声均相沉淀工艺能够明显提高纳米TiO2产品的比表面积与分散度,缩小二次颗粒尺寸,并使得所制备催化剂脱硝性能得到显著提高,且具有较好的抗水、抗硫特性.

燃煤电厂SCR脱硝系统喷氨优化模拟

为提高某660 MW机组SCR(选择性催化还原)脱硝反应器出口NO_(x)质量浓度分布均匀性,文中以SCR出口NO_(x)质量浓度分布相对标准偏差最小为优化目标,提出了一种基于动力学模型的最优喷氨策略。将现场实测数据作为入口边界条件,耦合反应器内的湍流流动、组分输运和化学反应,进行了CFD数值模拟计算。对氨流动特性进行可视化分析,并定义喷氨格栅分区/喷嘴的流动影响系数,结合基于SCR反应动力学模型建立的出口NO_(x)浓度分布与入口NH3浓度的数学关系,直接求解优化矩阵方程,可得到喷氨格栅不同分区或不同喷嘴的最优可控喷氨流量。模拟结果表明:均匀喷氨方式下,不同分区氨氮浓度混合匹配度不高,SCR反应器出口NO_(x)质量浓度相对标准偏差达到40.1%,分布均匀性较差;按文中提出的方法进行喷氨优化后,出口NO_(x)质量浓度相对标准偏差下降至6.8%,出口均匀性大幅提高,既能实现NO_(x)压线排放满足环保要求,又可避免出现脱硝效率过高和过低的区域。文中通过数值模拟的方式将流场可视化,通过定量求解各阀门喷氨量进行喷氨优化,可以为实际电厂喷氨优化调试提供理论参考,降低调整的盲目性。