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大气中的氮氧化物(NOx)主要产生于火电厂、钢铁冶炼等企业的燃煤锅炉以及汽车尾气,NOx是造成酸雨、酸雾、光化学烟雾、温室效应和臭氧层破坏等诸多环境问题的主要污染物之一。随着经济的发展,我国乃至世界各国对NOx的排放要求越来越严格,NOx的控制成为大气治理的重要内容。烟气脱硝(DeNOx)是当前NOx控制最重要的方法之一,而在诸多DeNOx方法中,选择性催化还原法(SCR)由于其高效性、选择性、运行稳定性和经济性而成为目前国内外DeNOx的主流工艺。
本文系统介绍了国内外各种烟气DeNOx工艺的发展概况,包括低NOx燃烧、烟气脱硝和联合脱硫脱硝等技术。分析了SCR在诸多脱硝工艺中的显著优势,重点介绍了SCR工艺的基本原理、国内外发展状况和应用情况,重点针对目前国内外在SCR应用中存在的一些问题展开研究,将开发具有自主产权的高效、廉价、耐用的SCR催化剂作为本研究的主要目标。
区别于工业催化剂将活性催化成分、助催化剂和载体混合再挤压成型催化剂,也区别于国内外大多数研究者研究粉末TiO2为载体负载金属活性成分,本实验选择机械强度较高的陶瓷颗粒为骨架,采用在骨架上负载的方法制备催化剂,更利用工业应用与催化剂的更新和再生。本实验利用溶胶凝胶法-浸渍方法制备了以陶瓷颗粒为骨架的纳米级V-W基TiO2载体的催化剂,并对其进行了表征、SCR活性测试和抗SO2中毒性能的研究：
1、在本实验设定溶胶凝胶条件下制备的TiO2(C)载体以及成品催化剂的粒径均为纳米级,并且TiO2在400℃、550℃、750℃温度热处理下分别呈现锐钛矿型、锐钛矿型(微含金红石相)、锐钛矿型与金红石相混晶状态；
2、催化剂中WO3含量和TiO2晶型的不同可引起DeNOx的不同,但催化剂在280-380℃温度窗口的DeNOx效率都超过99％,都具有很高的SCR催化活性,并且WO3含量为6％、TiO2晶型为锐钛矿时最佳；
3、V-W(6),TiO2(C-400)在氨氮比为1左右、O2浓度在2-8％之间、空速在5000-9000 h-1之间时均据有95％以上的DeNOx效率；
4、SO2对催化剂V-W(6)/TiO2(C-y)的DeNOx效率影响相对较为明显,研究发现,TiO2的晶相对催化剂的抗SO2中毒性能有较大影响,其中TiO2为锐钛矿型的催化剂V-W(6)/TiO2(C-400)的DeNOx效率基本不受S02的影响:TiO2为微含金红石相的锐钛矿型的催化剂V-W(6)/TiO2(C-550)的DeNOx效率受到SO2的微弱影响；TiO2为锐钛矿型和金红石相混晶态的催化剂V-W(6)/TiO2(C-750)的DeNOx效率受SO2的影响最大,但是其活性却是可以恢复的。依据高催化活性、宽温度窗口、运行稳定和抗SO2中毒能力强等优良性能催化剂的遴选标准,催化剂V-W(6)/TiO2(C-400)性能最为优良,其机械强度较高,其催化活性远高于目前工业应用催化剂,运行也比较稳定,并且具有很强的抗S02中毒特性。本实验为催化剂进一步的抗碱金属中毒、飞灰中毒,使用寿命以及工业应用奠定了一定的基础,为开发具有自主产权的高性能SCR催化剂进行了有益的尝试。