焦?fàn)t低溫蜂窩陶瓷脫硝催化劑的煅燒溫度探究

王光應(yīng)，陳友文，宋劍，潘友春

焦?fàn)t低溫蜂窩陶瓷脫硝催化劑的煅燒溫度探究

王光應(yīng)，陳友文，宋劍，潘友春

（安徽元琛環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆不?合肥 230012）

重點研究了溫度對于焦?fàn)t煙氣專用低溫蜂窩陶瓷脫硝催化劑的影響，包括強度、比表面積和NOx的轉(zhuǎn)化率。研究表明，蜂窩陶瓷催化劑的煅燒溫度會影響產(chǎn)品的強度、比表面積以及NOx脫除率等性能，但是在滿足產(chǎn)品工業(yè)使用需求的過程中，需要進行取舍，最終讓產(chǎn)品能適應(yīng)不同的工況。

低溫脫硝；催化劑；煅燒；產(chǎn)品活性

“十三五”之后，“水十條”“大氣十條”相繼出臺，河南、河北、山西等地率先針對電力行業(yè)之外的行業(yè)，如鋼鐵、焦化、陶瓷、碳素等行業(yè)制定了更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。電力行業(yè)的脫硝催化劑技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是非電行業(yè)由于工況的不同，脫硝催化劑產(chǎn)品的配方及生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜。焦?fàn)t煙氣污染一直受到國內(nèi)外環(huán)保人士的密切關(guān)注，并且焦?fàn)t煙氣中含有的污染物成分復(fù)雜，治理起來難度較大。2017年以后各地對于焦?fàn)t煙氣中的NOx排放要求也越來越嚴(yán)，各催化劑廠家和高校研究所都在不斷地針對焦?fàn)t專用蜂窩陶瓷脫硝催化劑展開研究。

焦?fàn)t專用蜂窩陶瓷脫硝催化劑是利用陶瓷制作技術(shù)，將具有NOx催化脫除活性的成分通過混煉、擠出一體成型，并通過焙燒賦予其一定的機械強度，使其能在高灰分、高流速的工況下持續(xù)運行三四年[1]。

目前，電力行業(yè)所用的鈦鎢釩系蜂窩式陶瓷脫硝催化劑大多采用595～620 ℃的煅燒溫度。但是焦?fàn)t專用催化劑因為工況的不同，采用的活性組分與傳統(tǒng)的釩鎢鈦系也不同，不同元素之間金屬鍵的形成機理是不同的，不同的化學(xué)鍵形成所需的焙燒溫度也是不同的[2]。本文通過不同的焙燒溫度考察焙燒溫度對焦?fàn)t用蜂窩陶瓷催化劑各項性能的影響。

1 試驗

1.1 樣品制備工序

蜂窩陶瓷催化劑先后經(jīng)過混料、陳腐、（預(yù)）擠出、烘干、焙燒等工序。

1.2 脫硝試驗

2 實驗結(jié)果分析

不同溫度下蜂窩催化劑（25孔）的機械強度對比如表1所示。

1—NH3鋼瓶；2—NO鋼瓶；3—Ar鋼瓶；4—空氣鋼瓶；5—混合器；6—煙氣分析儀；7—溫度控制裝置；8—固定床反應(yīng)器。

表1 不同溫度下蜂窩催化劑（25孔）的機械強度對比

煅燒溫度/℃機械強度/MPa比表面積/（m2/g） 軸向抗壓強度徑向抗壓強度 5251.213.3379 5751.243.4268 6151.333.5565

由表1可知，三種溫度下焙燒的催化劑在機械強度方面相差不大，615 ℃焙燒的產(chǎn)品最好。但是從表中比表面積數(shù)據(jù)可以看出，525 ℃焙燒的催化劑比表面積最佳，高達79 m2/g，比575 ℃和615 ℃煅燒的分別高13.1%和21.8%，說明當(dāng)焙燒溫度在500～615 ℃之間時，焙燒溫度對催化劑的機械強度影響較小，但對其微觀結(jié)構(gòu)影響較大。

分別在525 ℃、575 ℃、615 ℃溫度下煅燒的產(chǎn)品掃描電鏡圖如圖2所示。由圖2可知，615 ℃對應(yīng)的催化劑表面的粒子有輕微團聚現(xiàn)象，575 ℃對應(yīng)的催化劑較均勻但較光滑，但是525 ℃對應(yīng)的催化劑表面微孔較多，且分布均勻。

（a）525 ℃

（b）575 ℃ （c）615 ℃

圖2 分別在525 ℃、575 ℃、615 ℃溫度下煅燒的產(chǎn)品掃描電鏡圖

不同煅燒溫度的催化劑活性對比如圖3所示。從圖3中可以看出，525 ℃焙燒的產(chǎn)品活性最佳，轉(zhuǎn)化率最高可以達到94.8%；600 ℃焙燒的產(chǎn)品相比最差，最高活性85%。

圖3 不同煅燒溫度的催化劑活性對比圖

結(jié)合圖2分析原因可能為：①525 ℃焙燒的催化劑具有更優(yōu)的微觀表面孔結(jié)構(gòu)，微孔細致，分布均勻，增加了催化活性位點，進而增加了催化劑的活性；②當(dāng)焙燒溫度為525 ℃時，Ti和W以及Ti和Mo之間金屬鍵作用已經(jīng)形成，繼續(xù)升高焙燒溫度會導(dǎo)致二氧化鈦載體的微觀比表面積下降，進而導(dǎo)致活性位點減少或者分布不均勻，最終導(dǎo)致活性下降。

3 總結(jié)

在525 ℃、575 ℃和615 ℃下對焦化專用蜂窩式陶瓷催化劑進行焙燒，并測試出催化劑的強度、比表面積和NOx轉(zhuǎn)化率。通過對比得出，經(jīng)過525 ℃煅燒的產(chǎn)品微觀比表面積分別比575 ℃和615 ℃下煅燒的產(chǎn)品高13.1%和21.8%，可以達到79 m2/g，而機械強度上3個樣品無明顯差異。從最終的NOx轉(zhuǎn)化率上來看，525 ℃焙燒的產(chǎn)品活性最佳，轉(zhuǎn)化率最高可以達到94.8%；600 ℃焙燒的產(chǎn)品相比最差，最高活性85%。試驗結(jié)果對實際產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)制造有重要指導(dǎo)意義，在不同的工況條件下可以根據(jù)最關(guān)鍵的因素犧牲次要因素來調(diào)整產(chǎn)品的性能。

［1］高巖，欒濤，彭吉偉，等.V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化劑在柴油機NH3-SCR系統(tǒng)中的性能［J］.化工學(xué)報，2013，64（9）：3356-3366.

［2］閆志勇，高翔，駱仲泱.整體型V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化劑的制備［J］.動力工程，2008，29（5）：789-793，798.

X701

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.010

2095－6835（2019）16－0027－02

王光應(yīng)（1988—），男，安徽合肥人，研究生，中級職稱，研究方向為工業(yè)尾氣污染物凈化與檢測。

〔編輯：王霞〕