板式V2O5/TiO2催化剂的制备及其脱硝行为的研究

论文摘要

煤炭是我国主要一次能源,80%左右用于燃烧发电和供热,所排放的粉尘、S02（硫）和NOx（硝）是我国大气污染的最大源头。我国在“十一五"期间强化了除尘和脱硫技术的推广应用,基本解决了粉尘和SO2污染,但对燃煤NOx的排放控制刚刚起步。近年来,燃煤量的快速增长导致NOx排放量与日俱增,2010年达1000万吨以上,环境污染形势严峻。因此,燃煤NOx排放控制被列为我国“十二五”规划的重点内容之一目前用于处理燃煤烟气NOx的主流技术是选择性催化还原（SCR）技术,即采用NH3将NOx还原为N2而排放。商用SCR采用的催化剂主要为蜂窝式V2O5/TiO2基催化剂,市场占有率达75%以上,国内引进了多条生产线。由于蜂窝体生产难度大、抗尘能力差的缺点,国外开发了板式V2O5/TiO2基催化剂,生产技术由日本Babcock-Hitachi公司和德国Argillon公司掌握,国内尚无生产报道。鉴于板式催化剂不仅活性高,而且更适合我国燃煤烟气含尘量高的特点,本论文提出板式V2O5/TiO2催化剂的制备研究,力争形成具有自主知识产权的、高效率、高强度、低成本的板式催化剂制备技术。本文针对我国原料来源（TiO2粉、粘结剂等）的特点,首先对V2O5/TiO2基催化剂的配方和制备工艺进行了研究；在确立基本配方的基础上,探索了板式催化剂的成型工艺,并考察了烟气条件和操作条件对自制催化剂性能的影响,得出以下主要结论：（1）国产超细钛粉不适于做脱硝催化剂载体,但国产纳米钛粉与进口钛粉所制备催化剂的脱硝活性相当,脱硝率达85%以上；纳米钛粉的比表面积大,有利于活性组分V2O5与载体的相互作用,使得V中V4+相对含量多、催化剂的脱硝活性高；超细钛粉的比表面积小,不利于V2O5与TiO2相互作用,V以V5+为主,导致催化剂的脱硝率低。（2）泥料配制中加氨水可降低催化剂的SO2氧化性,但NO脱除率也降低；催化剂适宜焙烧温度区间为400-600℃；提高V2O5担载量,脱硝率和SO2氧化率均提高,为了控制SO2氧化,适宜载钒量为1-2%；WO3对NO脱除率影响不大,但可抑制SO2氧化；WO3含量为5%时,SO2氧化率即可满足工业要求；无论是有机粘结剂还是无机粘结剂,其种类对催化剂的活性影响不大。（3）烟气中的H2O含量越高,脱硝率和SO2氧化率均越低；随着气氛中O2含量的增加,NO脱除率略有降低,SO2氧化率变化不大；空速为1000-7015 h-1时,自制催化剂的活性位已足够,空速越大,SO2氧化率越低；（4）随着反应温度从300℃升至450℃,NO脱除率变化不大,但SO2氧化率提高；NH3/NO比从1.0提高1.1,脱硝率提高,继续提高NH3/NO比,则脱硝率将变化很小,最佳NH3量与催化剂表面的活性位多少有关；NH3/NO比对催化剂的SO2氧化率影响很小；SO2对脱硝活性的影响与NH3/NO有关,NH3/NO（?）（?）时有抑制作用,NH3/NO高时抑制作用消失；由于烟气中SO2对催化剂的硫化作用,催化剂的脱硝活性逐渐提高,随着催化剂表面性质的稳定而逐步稳定。（5）玻璃纤维可以显著提高板式催化剂的强度,防止催化剂脱落；为了保障催化剂的活性和强度,无机粘结剂最佳加入量为20%；催化剂泥料陈化5天,则各组分基本均匀分布,8 MPa成型时催化剂的整体强度较高,成型压力低于8 MPa时,催化剂的强度差；加湿干燥所得的催化剂粉化现象严重,相比之下,普通干燥优于加湿干燥,这点与蜂窝催化剂干燥不同。（6）板式V2O5-WO3/TiO2催化剂的配方为（质量分数）：65%TiO2、1.55%V2O5、8%WO3、5%玻璃纤维、20%膨润土、5%HPMC（焙烧时烧失,以焙烧后催化剂质量为基准）。泥料陈化5天后于8 MPa成型,之后于110℃干燥2h,450℃下焙烧5h制得板式催化剂。自制板式催化剂的整体厚度为0.7 mm,2 h磨损率为0.48%,与进口板式催化剂相当；400℃时脱硝率为81%,与进口板式催化剂的相当；但其SO2氧化率明显低于进口催化剂（1.4%vs.5%）

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述和选题背景
• 1.1 NOx（硝）的形成机理及危害
• 1.2 烟气脱硝技术
• 1.2.1 湿法脱硝技术
• 1.2.2 干法脱硝技术
• 1.3 目前主要的商业SCR催化剂
• 1.3.1 蜂窝催化剂
• 1.3.2 板式催化剂
• 1.3.3 波纹板式催化剂
• 1.4 选题依据和研究内容
• 第二章 催化剂的配方研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料及规格
• 2.2.2 催化剂制备及代号说明
• 2.2.3 催化剂的活性评价
• 2.2.4 催化剂表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2O₅-WO₃/TiO₂催化剂的制备工艺探索'>2.3.1 V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂的制备工艺探索
• 2和活性组分对催化剂的影响'>2.3.2 载体TiO₂和活性组分对催化剂的影响
• 2.3.3 粘结剂的影响
• 2.3.4 自制催化剂与进口催化剂的活性比较
• 2.4 小结
• 第三章 外部条件对催化剂活性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 烟气条件对催化剂活性的影响
• 3.3.2 操作条件对催化剂活性的影响
• 3.3.3 催化剂稳定性测试
• 3.4 小结
• 2载体对脱硝活性影响行为研究'>第四章 不同粒径纳米TiO₂载体对脱硝活性影响行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 催化剂制备
• 4.2.2 催化剂催化性能测试
• 4.2.3 催化剂的表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 不同粒径钛粉的比表面积和孔结构分析
• 4.3.2 不同粒径钛粉对催化剂催化性能的影响
• 4.3.3 催化剂和载体的XPS分析
• 4.4 小结
• 第五章 板式催化剂的制备工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 板式催化剂的制备
• 5.2.2 板式催化剂强度测试
• 5.2.3 板式催化剂活性评价
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 泥料性质对强度的影响
• 5.3.2 成型压力对强度的影响
• 5.3.3 后处理条件对强度的影响
• 5.3.4 不同不锈钢网对强度的影响
• 5.3.5 自制板式催化剂和进口板式催化剂的活性比较
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 下一步工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师介绍