SCR板式催化劑發(fā)展歷史-18931802629

    SCR脫硝催化劑的發(fā)展歷程  SCR 反應(yīng)的催化劑發(fā)展主要經(jīng)歷了四個(gè)階段。最早是采用Pt、Rh、Pd 等貴金屬作為活性組分，以CO 和H2或碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑，其催化反應(yīng)的活性溫度區(qū)間較低，通常在300 ℃以下，現(xiàn)在多用于柴油機(jī)的排放控制中；后來，引入了V2O5/TiO2 等在化工過程中采用的金屬氧化物類催化劑，最佳活性溫區(qū)多處于250~400 ℃，其中鈦基釩類催化劑也是燃煤電站SCR 系統(tǒng)中最常采用的催化劑；再后來發(fā)展了碳基催化劑，使煙氣同時(shí)脫硫脫氮技術(shù)得以發(fā)展；近年來，對(duì)金屬離子交換沸石類催化劑研究較多，其有效的活性溫區(qū)較高，最高可達(dá)600℃，對(duì)NOx 的催化還原和催化分解活性都很高，是研究中比較活躍的領(lǐng)域。

    1 貴金屬催化劑  Pt、Ph 和Pd 等貴金屬類催化劑通常以氧化鋁等整體式陶瓷作為載體，這種催化劑在20 世紀(jì)70 年代前期就已經(jīng)作為排放控制類的催化劑而有所發(fā)展，并成為SCR 反應(yīng)中最早使用的催化劑。貴金屬催化劑對(duì)NH3氧化具有很高的催化活性，但在選擇催化還原過程中會(huì)導(dǎo)致還原劑大量消耗而增加運(yùn)行成本，同時(shí)，貴金屬催化劑不僅造價(jià)昂貴，還易發(fā)生硫中毒，所以貴金屬催化劑的研究目標(biāo)是進(jìn)一步提高低溫活性，提高抗硫性能和選擇性。目前，貴金屬催化劑僅應(yīng)用于低溫條件下以及天然氣燃燒后尾氣中NOx 的脫除。在這類催化劑中，Pt 的研究相對(duì)深入，其本反應(yīng)過程為NO 在Pt 的活性位上脫氧，然后碳?xì)浠衔镌賹t- O 還原。Pt 催化劑的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的效率，缺點(diǎn)是有效溫度區(qū)間較窄。在這類催化劑中，較多的采用CO 以及碳?xì)浠衔镒鳛檫€原劑。 

    2 金屬氧化物催化劑  金屬氧化物類催化劑，主要包括V2O5、WO3、Fe2O3、CuO、CrOx、MnOx、MgO、MoO3和NiO 等金屬氧化物或其聯(lián)合作用的混合物，如水滑石中提取出來的Co-Mg- Al，Cu-Mg- Al 和Cu- Co-Mg- Al 等。通常以TiO2、Al2O3、ZrO2、SiO2 等作為載體，這些載體主要作用是提供大的比表面積的微孔結(jié)構(gòu)，在SCR 反應(yīng)中所具有的活性極小。當(dāng)采用這一類催化劑時(shí)，通常以氨或尿素作為還原劑。目前，工程應(yīng)用上使用最多的是V2O5/TiO2 類催化劑。在以具有銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2 作為載體的釩類催化劑中，以化學(xué)組成來說，通常有幾種不同類型，分別是V2O5 -WO3/TiO2，V2O5 -MoO3/TiO2，V2O5 -WO3-MoO3/TiO2 等， 其中尤以V2O5-WO3/TiO2 研究以及應(yīng)用較多，而單一活性成分的V2O5/TiO2則較少應(yīng)用。各活性成分的主要作用是：V2O5 作為主要的活性組分，其擔(dān)載量通常不超過1 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。這是由于V2O5 也可同時(shí)將SO2 氧化成SO3，這對(duì)SCR 反應(yīng)很不利，因此，釩的擔(dān)載量不能過大。銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO2 作為載體主要是因?yàn)殁C的氧化物的TiO2的表面有很好的分散度；SO2氧化生成的SO3與TiO2發(fā)生的反應(yīng)是很弱的且是可逆的；TiO2表面生成的硫酸鹽的穩(wěn)定性要比在其他氧化物如Al2O3和ZrO2要差。WO3 含量很大，大約能夠占到10 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），主要作用是增加催化劑的活性和增加熱穩(wěn)定性。MoO3提高催化劑活性的同時(shí)可防止煙氣中As 導(dǎo)致催化劑中毒。 

    3 分子篩催化劑  沸石分子篩催化劑最早作為SCR 反應(yīng)的催化劑主要應(yīng)用于具有較高溫度的燃?xì)怆姀S和內(nèi)燃機(jī)的SCR 系統(tǒng)中。SCR過程中應(yīng)用的沸石類催化劑主要是采用離子交換方法制成的金屬離子交換沸石。所采用的沸石類型主要包括Y- 沸石、ZSM系列、MFI和發(fā)光沸石（MOR）等，特別是Cu- ZSM- 5，國外學(xué)者的研究工作較多?？捎糜陔x子交換的金屬元素主要包括Mn、Cu、Co、Pd、V、Ir、Fe 和Ce 等。此類催化劑的特點(diǎn)是選擇性還原N 具有高的催化活性，并且活性溫度范圍比較寬，在選擇催化還原NO 技術(shù)中也備受關(guān)注。離子交換的分子篩催化劑分子篩的孔結(jié)構(gòu)、硅鋁比以及金屬離子的性質(zhì)和交換率對(duì)其催化劑還原N 的活性有顯著的影響。近年來關(guān)于Fe- ZSM- 5 和Cr- ZSM- 5 催化劑研究比較多，在使用NH3 還原N 實(shí)驗(yàn)中取得了較好的效果。但多數(shù)的催化活性主要表現(xiàn)在中高溫區(qū)域，實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)存在水抑制及硫中毒問題，這些問題仍然需要迫切解決。

    4 碳基催化劑  碳基由于其表面積大和化學(xué)穩(wěn)定性被用作催化劑的載體。近年來，國內(nèi)外不少學(xué)者嘗試以各種碳基材料作為載體負(fù)載金屬氧化物，制備碳基催化劑，顯示出了良好的選擇催化還原活性。目前研究的碳基催化劑其載體主要有活性炭（AC）、活性炭纖維（ACF）、活性炭成型物?；钚蕴浚ˋC）空隙發(fā)達(dá)，比表面積大，吸附能力強(qiáng)，是常用的催化劑載體。此外，由于AC 是一個(gè)復(fù)雜的載體，表面含有豐富的含氧、氮等官能團(tuán)，對(duì)其進(jìn)行不同的處理，可改變表面官能團(tuán)的種類和數(shù)量，進(jìn)而影響其與活性組分的相互作用。目前研究的CuO/AC、Fe2O3/AC、Cr2O3/AC 可表現(xiàn)良好的低溫SCR 性能，F(xiàn)e 催化劑的脫氮性能最好，但會(huì)受到SO2中毒。而抗SO2 中毒的催化劑是V 催化劑，這主要是由于在SO2 存在時(shí)，對(duì)催化性能有影響的是硫酸銨鹽與NO 的反應(yīng)而不是其分解，低溫下硫酸銨鹽在V2O5/AC 上比在V2O5/TiO2上更易分解，活性炭對(duì)硫酸銨鹽的分解起到促進(jìn)作用，所以SO2 對(duì)一定量的釩負(fù)載量的催化劑沒有毒害作用，只是當(dāng)釩含量過大時(shí)，由于釩是SO2 的強(qiáng)催化劑導(dǎo)致過量硫酸銨鹽生成，硫酸銨鹽與NO 的反應(yīng)分解和其生成不能夠達(dá)到平衡，才會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒。活性炭纖維（ACF）和活性炭相比，不僅具有高的比表面積和外表面積，而且獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)直接分布于固體表面，使吸附質(zhì)分子不需穿過大孔、中孔而直接到達(dá)微孔的吸附部位，縮短了吸附行程，吸附速率很快，大量微孔得到充分利用，效率較高，是一種良好的吸附劑。同時(shí)，它還是一種很好的催化劑，在低溫下可以把NO 氧化成NO2，在有水的情況下轉(zhuǎn)變成硝酸；另外，它還具有還原能力，可以直接將NOx還原為N2?；钚蕴客ǔ３史勰罨蝾w粒狀。受外觀形態(tài)的限制，在一些特殊的氣相吸附領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制?；钚蕴坷w維成型性能好、使用方便，能彌補(bǔ)這方面的不足。但由于它的原料價(jià)格較高、制造工序復(fù)雜、成本高，因此缺少實(shí)用價(jià)值，難于普及。為了開發(fā)成型性能好、使用方便并且價(jià)格便宜的活性炭新材料，國外在活性炭成型物方面進(jìn)行了不少研究，日本尤其活躍。

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