V2O5/WO3-TiO2 催化劑對(duì)NO 轉(zhuǎn)化率和N2O 生成量的影響

王森浩，孫翰林，梁全明

（1. 北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京100054；2. 北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100089）

選擇性催化還原法（SCR）因其技術(shù)成熟，脫硝效率高已被廣泛應(yīng)用[1]。目前商用最廣泛的SCR 催化劑是以TiO2為載體，V2O5為活性組分的釩鈦催化劑。助劑WO3可以提高催化劑的穩(wěn)定性和表面酸性。本文嘗試從載體選擇、釩負(fù)載量、鎢負(fù)載量這三個(gè)因素對(duì)傳統(tǒng)釩鈦催化劑進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)改性后催化劑的NO 轉(zhuǎn)化率和N2O 生成量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

詳見表1。

表1 試劑一覽表

1.2 催化劑制備

將燒杯放入60℃恒溫水浴中，量取50mL 去離子水倒入燒杯，先加入定量二水合草酸，通過攪拌充分溶解后加入定量偏釩酸銨直到反應(yīng)完全(溶液由紅色逐漸變成淺綠色)，之后加入鎢酸銨和磷酸銨，待全部溶解后（溶液呈黑色），加入鈦白粉，超聲2h 后放入干燥箱，于110℃烘干2h，后取出放入馬弗爐，250℃焙燒2h，500℃焙燒2h，冷卻，研磨，過篩保留20～40 目。

制備來自不同生產(chǎn)廠家二氧化鈦的催化劑記為：GY、AY、HY、TY。制備的V2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1%、1.5%、2%、3%及WO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的催化劑樣品，記為xV2O5/6WO3-TiO2；制備的V2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%及WO3 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%、10%、15%的催化劑樣品，記為1.5V2O5/xWO3-TiO2。

1.3 催化劑活性評(píng)價(jià)

催化劑的NO 活性評(píng)價(jià)在固定床石英管微型反應(yīng)器(Ф=13mm) 中進(jìn)行，評(píng)價(jià)裝置見圖1。

圖1 催化劑性能評(píng)價(jià)裝置

實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)溫度140℃～420℃、空速30000h-1進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)用高壓鋼瓶氣通過混氣罐混合來模擬實(shí)際煙氣，模擬煙氣組成：

φ(NO)=φ(NH3)=7×10-4，φ(O2)=5%，Ar 為平衡氣。

采用質(zhì)譜儀對(duì)反應(yīng)前后NO，N2O 分壓進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算NO 的轉(zhuǎn)化率。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同TiO2 載體對(duì)NO 轉(zhuǎn)化率的影響

考察不同廠家生產(chǎn)的TiO2制備的催化劑在反應(yīng)溫度為140～400℃時(shí)NO 轉(zhuǎn)化率，結(jié)果見圖2。

圖2 不同廠家TiO2 制備的V2O5/ TiO2 催化劑NO轉(zhuǎn)化率

由圖2 可知，HY 生產(chǎn)的TiO2在低溫區(qū)沒有任何效率，在300℃以上這三種幾乎沒有差別。隨著之后溫度升高可以發(fā)現(xiàn)，在三種有效率的催化劑中TY 制備的催化劑N2O 分壓最小，也就是說N2O 產(chǎn)生最少。綜合NO 轉(zhuǎn)化率和N2O 分壓，TY 生產(chǎn)的TiO2性能最優(yōu)異。

2.2 不同釩負(fù)載量對(duì)NO 轉(zhuǎn)化率的影響

在140～260℃溫度區(qū)間，不同釩含量催化劑的NO 轉(zhuǎn)化率隨溫度上升由高到低依次為：3V6W＞2V6W＞1.5V6W＞1V6W＞0.5V6W，說明在低溫范圍內(nèi)釩含量越高，NO 轉(zhuǎn)化率越好。在280～360℃溫度區(qū)間這幾種催化劑的NO 轉(zhuǎn)化率均大于90%，幾乎沒有差別。不同釩含量的催化劑在140～240℃時(shí)N2O 生成量基本一致，之后隨著溫度的上升N2O 生成加快，在240℃以上N2O 含量隨溫度增加上升，同時(shí)NH3隨著溫度上升逐漸下降，說明高溫區(qū)NH3消耗加劇。

2.3 不同鉬負(fù)載量對(duì)NO 轉(zhuǎn)化率影響

在140～240℃溫度區(qū)間，NO 轉(zhuǎn)化率隨溫度上升明顯，并且NO 轉(zhuǎn)化率由大到小為：1.5V15W＞1.5V10W＞1.5V6W。在260℃-360℃溫度區(qū)間，三種催化劑的NO 轉(zhuǎn)化率上升緩慢，并且非常接近。360℃以上NO 轉(zhuǎn)化率開始下降。在140～280℃區(qū)間，N2O 含量基本不變。在280℃以上，3種催化劑產(chǎn)生的N2O 基本一致。

3 結(jié)論

1）載體的選擇對(duì)低溫區(qū)NO 轉(zhuǎn)化率有較大影響，對(duì)高溫區(qū)影響不大；2）隨著V2O5含量上升，催化劑NO 轉(zhuǎn)化率在低溫區(qū)有較大提升，中高溫區(qū)區(qū)別不大；在高溫區(qū)脫硝率有下降是由于NH3與O2反應(yīng)生成N2O，N2選擇性下降；N2O 并沒有隨著釩含量提升而增多；3）隨著WO3含量上升，催化劑NO 轉(zhuǎn)化率在低溫區(qū)有較大提升，但伴隨著WO3含量增加，N2O 生成也增多，不利于脫硝。