選擇性催化還原技術(shù)在廢氣脫硝中的應(yīng)用效果研究

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原（SCR）；脫硝；催化劑；工藝參數(shù)

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0018-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.004

Research on the Application Effect of Selective Catalytic Reduction Technology in Exhaust Gas Denitrification

WANGFei，LUGuangqi （Dingtao District Branch of Heze Ecological Environment Bureau，Heze2741Oo，China）

Abstract：Toaddresstheissueofnitrogenoxideemissions from industrialenterprisessuchas thermal powerplantsand cementplants，Selective CatalyticReduction （SCR）technology isadoptedforexhaust gasdenitrificationtreatment.Studythe influenceofdiferentcatalysttypes，reactiontemperatures，spacevelocities，andotherprocessparametersondenitrification efficiency through experiments.Research has shown that moisture and SO have a certain impact on catalyst activity，but stable operation can beachieved through processoptimization; through optimized temperature regulationstrategy，the fluctuation range of denitrification eficiency is controlled within ± 3 % ，and the system utilization rate reaches 97 % . All technicalindicators metenvironmentalprotectionrequirements.SCR technologyhasdemonstrated excellentdenitrification efficiency and cost-effectiveness in industrial applications.

Keywords： Selective Catalytic Reduction （SCR）; denitrification; catalyzer; process parameter

1試驗部分

工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的氮氧化物（ ）已成為全球關(guān)注的環(huán)境污染物。 排放會引發(fā)酸雨、光化學煙霧等環(huán)境問題，對人體呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成嚴重危害。面對日趨嚴格的環(huán)保政策和減排要求，發(fā)展高效脫硝技術(shù)成為工業(yè)領(lǐng)域的重要課題[-3]。選擇性催化還原（SelectiveCatalyticReduction，SCR）技術(shù)因其優(yōu)異的脫硝效率和運行穩(wěn)定性，在火電、水泥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。深入探究其作用機理和影響因素，對于優(yōu)化工藝參數(shù)、提升脫硝效率、降低運行成本具有重要的理論和實踐價值[4-5]

1.1試驗裝置與材料

試驗裝置由氣體供給系統(tǒng)、反應(yīng)器系統(tǒng)和尾氣分析系統(tǒng)組成。氣體供給系統(tǒng)包括NO、 、 、 和 氣瓶，氣體流量由質(zhì)量流量計（Brooks5850E）控制。反應(yīng)器采用內(nèi)徑為 2 0 m m 的石英管，置于管式電爐中加熱，溫度由K型熱電偶和比例-積分-微分（Proportional IntegralDerivative，PID）溫控儀控制，溫度誤差為 。催化劑床層高度為 2 0 m m ，上下用石英棉固定。尾氣分析采用MRUOPTIMA7型煙氣分析儀在線檢測 濃度。 催化劑由浸漬法制備，原料包括偏釩酸銨、偏鎢酸銨和二氧化鈦。

1.2試驗方法

試驗前將催化劑壓片、破碎，篩取 4 0 ～ 6 0 目顆粒裝入反應(yīng)器。采用程序升溫方式進行活性評價，升溫速率為 ，反應(yīng)溫度為 ，每隔 記錄數(shù)據(jù)點?？账偻ㄟ^調(diào)節(jié)氣體流量和催化劑用量改變，研究范圍為 。水分影響試驗通過氣泡裝置引入水蒸氣，含量為 0 % ～ 1 0 % 。催化劑表征采用X射線衍射（X-RayDiffraction，XRD）、BET（Brunauer-Emmett-Teller）、掃描電子顯微鏡-能量色散X射線光譜（ScanningElectronMicroscopy-Energy Dispersive Spectroscopy，SEM-EDS）等方法分析物相組成、比表面積和形貌特征。每組試驗重復(fù)測試3次，確保數(shù)據(jù)可靠。

1.3分析測試方法

催化劑活性評價以 轉(zhuǎn)化率 B 為主要指標，計算公式為

式中： 為反應(yīng)器入口的 濃度， ; 為反應(yīng)器出口的 濃度， 。

催化劑物相結(jié)構(gòu)采用D8ADVANCE型X射線衍射儀分析。比表面積采用ASAP2020型物理吸附儀測試，表面形貌通過JSM-7500F型掃描電鏡觀察。催化劑酸性位采用 方法，使用AutoChem II2920型化學吸附儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1催化劑類型與性能評價

如圖1所示， 催化劑樣品XRD分析顯示出明顯的銳鈦礦特征衍射峰，釩、鎢物種分散良好，未檢測到明顯的結(jié)晶峰。BET分析結(jié)果表明，催化劑比表面積達到 ，孔容為 平均孔徑為 ，具有發(fā)達的介孔結(jié)構(gòu)。通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)，催化劑顆粒呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)，粒徑為 。 -TPD結(jié)果顯示，催化劑表面存在弱酸性位（ ）和強酸性位（ ）兩種酸性位點，其中以Bronsted酸性位為主，這對 的吸附和活化具有重要作用。X射線光電子能譜（X-rayPhotoelectronSpectroscopy，XPS）分析表明，V物種主要以 形式存在，是SCR反應(yīng)的主要活性中心。

2.2反應(yīng)溫度對脫硝效率的影響

SCR反應(yīng)的速率常數(shù)與反應(yīng)溫度呈現(xiàn)明顯的火山型曲線關(guān)系，可用Arrhenius方程描述，表達式為

式中： K 為反應(yīng)速率常數(shù)； A 為指前因子； E 為表觀活化能， R 為氣體常數(shù)； T 為反應(yīng)溫度，

試驗數(shù)據(jù)表明，當溫度為 時，轉(zhuǎn)化率維持在 8 5 % 以上， 時達到最大值 9 2 . 3 % 。低溫區(qū)域活性較低歸因于催化劑表面的 活化能力不足，而高溫區(qū)域效率下降則源于 氧化反應(yīng)加劇。通過Arrhenius方程計算得到該催化體系的表觀活化能為 4 5 . 6 k J / m o l ，表明反應(yīng)過程受動力學控制。

2.3空速與還原劑濃度的協(xié)同效應(yīng)

通過正交試驗設(shè)計，研究了空速（ ）與 摩爾比（ ）的交互作用。在較低空速區(qū)間（ ），反應(yīng)物與催化劑接觸時間充分， 比值為0.9時即可獲得較高轉(zhuǎn)化率。隨著空速增加至 ，需將 比值提高至1.1，以維持脫硝效率。當空速進一步增加時，即使提高 用量也難以獲得理想效果，表明反應(yīng)已進入擴散控制區(qū)域。方差分析結(jié)果顯示，空速是影響脫硝效率的主要因素，貢獻率達到 6 5 . 3 % 。

2.4水分、 影響及催化劑失活機理

水分及 對催化劑活性的影響可通過活性衰減系數(shù) β 定量表征，表達式為

式中： 為 t 時刻的脫硝效率; 為初始脫硝效率。

試驗結(jié)果顯示，當水分含量為 8 % 時， β 值降至0.9，源于 分子與 的競爭吸附。 影響更顯著，2 4 h 后 β 值降至 0 . 7 5 。XPS和FTIR表征發(fā)現(xiàn)， 與

活性組分反應(yīng)生成 沉積物覆蓋活性位點，導(dǎo)致催化劑表面酸性位點顯著減少，尤其是強酸性位點。

3 工程應(yīng)用

3.1工藝優(yōu)化

基于催化還原脫硝技術(shù)的工程應(yīng)用研究，針對 催化劑體系進行工藝參數(shù)優(yōu)化。如表1所示，通過中試裝置驗證，確定最優(yōu)工藝參數(shù)：反應(yīng)溫度為（ 3 5 0 ± 1 0 ） C 、空速為 ！ 摩爾比為 1 . 0 ～ 1 . 1 、催化劑裝填密度為 。針對運行問題采取相應(yīng)措施：設(shè)計氨氣流量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)對煙氣波動，采用分段裝填方式延長催化劑壽命，通過預(yù)熱段溫度提升防止結(jié)露堵塞。經(jīng)過優(yōu)化，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性顯著提升，催化劑使用壽命延長 3 3 . 3 % ，年均脫硝效率達到 8 5 % 。

3.2 實際應(yīng)用效果

在某 燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝工程中應(yīng)用催化還原技術(shù)，煙氣量為100萬 ， 入口濃度為 。如表2所示，采用蜂窩式 催化劑，反應(yīng)器設(shè)計為三層催化劑床（兩用一備）。投運一年來，出口 濃度穩(wěn)定保持在 以下，脫硝效率達 8 8 % ～ 9 2 % ，系統(tǒng)壓降控制在 。通過優(yōu)化的溫度調(diào)節(jié)策略，脫硝效率波動幅度控制在 ± 3 % 以內(nèi)，系統(tǒng)可利用率達9 7 % ，各項技術(shù)指標均滿足環(huán)保要求，體現(xiàn)了該技術(shù)在工業(yè)廢氣治理領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢。

4結(jié)論

通過系統(tǒng)研究SCR技術(shù)在廢氣脫硝過程中的應(yīng)用效果，確定了最佳工藝條件和影響因素。研究發(fā)現(xiàn)， 催化劑具有最優(yōu)的脫硝性能。水分和 的存在會降低催化劑活性，但影響程度可控。該技術(shù)在實際工程應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的脫硝效果和經(jīng)濟性，為工業(yè)廢氣治理提供了可靠的技術(shù)方案。后續(xù)研究將著重開發(fā)具有抗中毒性能的新型催化劑，進一步提高脫硝技術(shù)的應(yīng)用效果。

參考文獻

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