实验表明,在温度高于160℃的条件下,通过调整气速和催化剂的长度,可以实现理论氨氮比的脱硝率,在调查水蒸气对脱硝活性的影响时,脱硝率随着水蒸气含量的增加而逐渐下降,在低温条件下进一步下降,最低幅度达到30%的2~4m/s气速下的脱硝率与停留时间的关系,合并脱硝反应活化为22.7kJ/mol,典型的气体外表面扩散控制
随着我国对大气污染物排放控制的逐步深化和严格,燃烧烟气脱硝逐渐从电力行业转移到非电力行业[1-3]。中国大量工业燃烧烟具有排放温度低、量大面广、烟气条件复杂等特点,对催化剂和脱硝技术提出了新的要求[4-6]。
以我国现有钢铁行业为例,其中焦化、烧结烟气中NOx排放量占整个行业的50%以上,而且烟气排放温度低于300℃,难以采用传统中温脱硝催化剂[7-9]。
2021年开始钢铁行业超低排放改造,NOx排放值低于100mg/m3,重点区域低于50mg/m3,对中低温烟气脱硝催化剂的应用技术提出了新的要求[10-12]。
国内开展中低温烟气脱硝催化剂研究报道较多,主要复盖锰系催化剂、钒系催化剂和活性焦催化剂系统[13-16]。锰系催化剂在100~300℃的脱硝率超过90%,受到很多研究者的追踪和报道[17-19]。
但锰系催化剂在应用过程中容易被烟中的SOx毒化,生成硫酸锰等物质导致催化剂永久失活,水蒸气的存在加快了该反应[20-21]。因此,目前锰催化剂的工业应用报道极少。活性焦低温脱硫脱硝催化剂最初由日本三井公司完成中试和示范,在120~160℃范围内,利用活性焦对SOx的氧化吸附和对NOx的NH3催化恢复作用,在移动床上实现烟雾脱硫脱硝和活性焦的再生循环技术[22]。
目前,该一体化技术在焦化和烧结烟的管理中占有很大的市场份额,但投资成本高,操作困难,存在活性焦磨损率大的问题,在应用推广中受到成本制约。
钒系中低温催化剂源于中温催化剂配方,通过调整钒的含量和添加低温活性助剂,在150~300℃表现出优良的脱硝活性[23-28],Shell公司的粒状催化剂和国内现在生产的蜂窝状催化剂都属于该系列。
而且此前国内外关于脱硝动力学的研究主要关注中温反应动力学行为,采用经验法和机理模型发现中温时NO反应速率取决于各反应气体浓度,氨气反应级数一般为零,氧气高于1%时其反应级数也为零,NO的反应级数略为零[29-30],但对于低温蜂窝体脱硝反应动力学研究较少。
中国科学院过程工程研究所开发的低温脱硝催化剂在安徽威达(威达蓝海)实现了催化剂的产业化,取得了近40台焦炉与烧结机烟气脱硝应用成果,该催化剂在近两年的使用业绩中,表现出了良好的活性与稳定性。
为了进一步明确低温催化剂的应用特性,本文对蜂窝催化剂在不同烟气条件下的脱硝活性进行系统考察,确定该中低温脱硝催化剂的适用区间和动力学参数,为低温条件下的工业应用提供重要的数据支持。
1实验材料和方法
1.1催化剂的制备
催化剂以V2O5为活性成分,以工业偏钛酸为钛源,添加钨钼氧化物作为助剂,通过混炼、挤压成型、烘烤得到相应的工业蜂窝催化剂。
1.3催化剂的表征
X射线衍射器(XRD)采用荷兰PANalytical公司的Empyrean型X射线衍射器,采用Cu靶Kα射线,电压电流分别为40kV、40mA,扫描范围为5°~90°,步长为0.1(°)/步,扫描时间为1s。
氮吸附器采用Micromeritics(ASAP2021HD88型比表面全自动物理吸附器,测量吸附和脱附气体的量,根据计算模型获得固体的比表面、孔容、孔径等相关信息。
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