一種新型SCR脫硝催化劑的制備研究

董月紅，薛建明，李兵，薛洋企

(國電科學技術研究院，江蘇南京210023)

一種新型SCR脫硝催化劑的制備研究

董月紅，薛建明，李兵，薛洋企

(國電科學技術研究院，江蘇南京210023)

以二氧化鈦、硅鋁纖維紙為載體，通過浸漬法制備了一種新型的V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化劑。通過XRD、BET和SEM表征分析和催化劑的脫硝活性測試，確定了載體及催化劑的最佳煅燒溫度，結果表明，催化劑載體和催化劑的煅燒溫度均為500℃時，催化劑脫硝活性最佳;當催化劑活性成分質量分數(shù)V2O5、WO3，MoO3分別為3%、7%、4%時，在模擬煙氣條件下其脫硝效率可達91.75%。

SCR;催化劑載體;煅燒溫度;脫硝效率

SCR煙氣脫硝技術，因其脫硝率高、技術成熟，是火電廠采用低氮燃燒技術后進一步控制NOx排放的首選，其中催化劑是SCR技術的核心，其組成、結構和相關參數(shù)直接影響SCR系統(tǒng)的整體脫硝效果［1－4］。目前，廣泛應用于SCR脫硝過程的商業(yè)催化劑為V2O5－WO3(MoO3)/TiO2基整體式催化劑，其中，TiO2為催化劑的載體，V2O5為催化劑的活性組分，WO3或MoO3為“化學”和“結構”助劑，能夠增強催化劑的酸性、擴大SCR脫硝反應的溫度窗口、減少SO2向SO3的氧化、提高催化劑的抗中毒能力等［5－10］。TiO2作為催化劑的載體，其性質和制備工藝對催化劑性能具有較大的影響［11］。

本文以工業(yè)級銳鈦礦TiO2、硅鋁纖維紙為載體制備了一種新型的V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化劑，研究了載體性質對催化劑脫硝性能的影響。

1 試驗部分

1.1 載體的制備

以硅鋁纖維紙和工業(yè)級銳鈦礦型TiO2為原料制備催化劑載體。首先制備濃度為55%的TiO2漿料(其中添加助劑氨穩(wěn)定型30%硅溶膠)，然后將其涂敷于硅鋁纖維紙上，厚度1mm，使之成圓柱形，微波干燥定型1min，在烘箱中100℃干燥1h，最后在馬弗爐中進行分段煅燒，在100℃、200℃、300℃分別保溫1h，最終在500℃或800℃煅燒1h，得到SCR催化劑載體，記為載體A、B。

1.2 催化劑的制備

采用濕式浸漬法制備V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化劑(催化劑活性成分V2O5、WO3，MoO3分別為3%、7%、4%)，將載體置于配置好的活性成分溶液中，充分浸漬，然后在烘箱中100℃干燥1h，在馬弗爐中100℃、200℃、300℃分別保溫1h，最終在300℃、500℃或800℃煅燒1h，制得新型SCR催化劑，記為A－300、A－500、A－800，柱形催化劑直徑10mm，長60mm。催化劑制備流程如圖1所示。

1.3 催化劑活性測試

催化劑活性測試在管式固定床SCR反應器中進行，其流程如圖2所示，反應器直徑為60mm。溫度由管式爐控制，反應器進、出口NO氣體濃度由西門子U23煙氣分析儀測量。

圖1 催化劑制備流程

試驗中采用鋼瓶標氣配制模擬煙氣，由NO、SO2、O2、N2、NH3組成，其中NO為700μL/L、SO2為500μL/L、O2為5.5%、氨氮比為1∶1、N2為平衡氣體，模擬煙氣流量為66L/h，反應溫度為350℃。每組催化劑試驗樣品由14個柱形催化劑堆積而成，催化劑的脫硝活性以脫硝效率表征，脫硝效率為: (NOin－NOout)/NOin×100%，其中NOin、NOout分別為反應器進、出口NO濃度。

圖2 催化劑活性試驗流程示意

2 結果與討論

2.1 載體及催化劑的性質

比表面積是影響催化劑性能的重要參數(shù)，通過BET測試發(fā)現(xiàn)，載體A的比表面積為89.7m2/g，載體B的比表面積為88.1m2/g，可知，隨著煅燒溫度的增加，載體的比表面積略有降低。圖3為載體A、B的SEM表征結果，載體A存在大量氣孔，而載體B內(nèi)部顆粒聚集，晶粒彼此團聚，氣孔率降低。

圖3 載體A、B的SEM圖

圖4(a)為載體A的孔徑分布，載體A的孔徑分布較寬，主要集中在3～12nm。催化劑A－500比表面積為63.2m2/g，比載體A降低了約29.5%，催化劑A－500的孔徑分布如圖4(b)所示，載體負載活性成分后，孔徑略有降低，主要集中在2～10nm。

圖4 載體A及催化劑A－500的孔徑分布

對載體、催化劑進行了XRD測試，如圖5所示。圖5(a)為載體的XRD測試結果，其二氧化鈦為銳鈦礦型;圖5(b)為催化劑的XRD測試結果，其中未發(fā)現(xiàn)金紅石型二氧化鈦。經(jīng)XRD檢測，載體A和催化劑A－500結果中二氧化鈦均為銳鈦礦型，未觀察到金紅石型二氧化鈦，說明500℃煅燒溫度未使銳鈦礦型二氧化鈦金紅石化［12－13］。

圖5 載體A及催化劑A－500的XRD測試結果

2.2 催化劑的脫硝性能

表1為不同催化劑的脫硝效率，A－500的脫硝效率為92%，優(yōu)于催化劑B－500，說明載體在500℃煅燒時，催化劑活性最佳，過高的煅燒溫度會導致載體中TiO2由銳鈦礦向金紅石轉變，不利于催化劑的脫硝性能［12－13］。

催化劑制備過程中，適宜的煅燒溫度為500℃，過高或過低都會影響催化劑的脫硝效率，當煅燒溫度為300℃，催化劑活性成為未能充分活化，當煅燒溫度為800℃，會導致催化劑載體燒結，降低催化劑的孔隙結構，活性成分在催化劑表面團聚，進而影響了催化劑的脫硝性能。

表1 催化劑的脫硝效率

3 結語

以二氧化鈦、硅鋁纖維紙為載體，通過浸漬法制備了一種新型的V2O5－WO3－MoO3/TiO2催化劑，對催化劑進行了脫硝活性測試，結論如下:

(1)催化劑載體和催化劑的最佳煅燒溫度均為500℃，載體和催化劑均能保持較好的多孔性質，同時銳鈦礦TiO2未金紅石化。

(2)當催化劑活性成分V2O5、WO3，MoO3分別為3%、7%、4%時，在500℃煅燒形成的催化劑在模擬煙氣條件下的脫硝效率最高，可達92%。

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Research on preparation of a new SCR denitration catalyst

A new type catalyst，V2O5－WO3－MoO3/TiO2，was prepared by impregnation，using TiO2and silica alumina fiber paper as catalyst support.The catalyst was characterized by XRD，BET and SEM，and the denitration activity of catalyst was tested.The optimum calcination temperature was determined.The results show that when the catalyst active components V2O5，WO3，and MoO3is 3%，7%，and 4%respectively and the calcinations temperature is 500℃，the denitration efficiency is 91.75%.

SCR;catalyst support;calcination temperature;denitration efficiency

X701.7

B

1674－8069(2015)05－017－03

2015-04-16;

:2015-06-28

董月紅(1981-)，女，山西孝義人，工程師，主要從事電力脫硫脫硝等環(huán)保方面的研究工作。E－mail:dyhajs@foxmail.com

國電科學技術研究院科技項目“高溫SCR催化劑的研究”(D12Y10)