前面我們介紹了傳統(tǒng)SCR脫硝催化劑發(fā)展歷程,今天我們繼續(xù)講低溫SCR催化劑研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。
近年,非電行業(yè)工業(yè)爐窯NOx排放比例不斷攀升,已經(jīng)成為重要的大氣污染源。十四五期間,“碳達(dá)峰、碳中和”“超低排放”、“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”等規(guī)劃措施繼續(xù)實(shí)行,對于工業(yè)煙氣污染排放有了更嚴(yán)格要求。針對鋼鐵、玻璃建材等非電力行業(yè)煙氣溫度低的特性(如鋼鐵燒結(jié)/球團(tuán)煙溫120~180℃、日用玻璃爐窯煙溫180~240℃),傳統(tǒng)的SCR脫硝技術(shù)因催化劑工作溫度高、無適宜熱源、加熱運(yùn)行成本高等弊端不宜直接采用,必須對催化劑進(jìn)行針對性改良,以提高其在低溫?zé)煔饷撓躅I(lǐng)域的適用性。
1 低溫SCR催化劑的研究與探索
目前,國內(nèi)外對于低溫SCR催化劑的研究主要集中在釩基(V)、錳基(Mn)和其他金屬氧化物(如Fe、Ce)等,并通過相關(guān)工程探索取得一定的進(jìn)展。
有研究表明,傳統(tǒng)的釩鈦催化劑通過摻雜過渡金屬或者優(yōu)化載體結(jié)構(gòu)可以一定程度拓寬催化劑的低溫性能。同時,以MnOx為主要組分的催化劑是目前研究的重點(diǎn)。MnOx由于含有大量游離的O,使其在催化過程中能夠完成良好的催化循環(huán),這是其表現(xiàn)低溫活性的主要原因。但是實(shí)際煙氣中H2O和SO2的存在是連續(xù)且不可避免的,對MnOx 催化劑的SCR反應(yīng)具有明顯的抑制作用。為了解決催化劑抗性問題,Gao等采用共沉淀法制備了MnOx-CeOx-MeOx三元催化劑,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,Co/Ni摻雜后提高了雙組分MnOx-CeOx催化劑的抗中毒能力,在通入濃度為400mg/m3?。樱希玻保韬蠡钚匀跃S持在78%左右,比其他樣品高10%。另外,催化劑的性能與形態(tài)、結(jié)構(gòu)密切相關(guān),研發(fā)特殊形貌的SCR催化劑是未來重要的發(fā)展方向,研究者往往通過利用先進(jìn)材料合成技術(shù)來制備結(jié)構(gòu)、晶型更完美的催化劑。Guo等制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的CeOx@MnOx催化劑,并用于NO的催化氧化。結(jié)果表明,CeOx@MnOx催化劑比傳統(tǒng)方法(檸檬酸法)制備的CeMnOx 催化劑具有更高的NOx催化活性。
2 低溫SCR催化劑工程應(yīng)用現(xiàn)狀
目前,低溫催化劑的工業(yè)應(yīng)用還存在一些問題:Mn基催化劑的抗水抗硫性較差;其他類型催化劑因制作工藝復(fù)雜,因此較少投入商用。但是外國幾家公司(荷蘭殼牌公司、丹麥Topsoe 公司等)已成功將低溫SCR 催化劑應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。
近年來,國內(nèi)對低溫SCR催化劑的研究及工程探索也取得一定的成效,表3 列出了國內(nèi)主要企業(yè)生產(chǎn)低溫SCR催化劑及其工程應(yīng)用情況。另外本課題組研發(fā)的新型Mn催化劑在河北某鋼鐵企業(yè)中試中也取得優(yōu)良試驗(yàn)效果,在150℃,空速4000~6000h-1范圍內(nèi)連續(xù)運(yùn)行720h,活性始終維持在90%以上。
低溫SCR催化劑是未來脫硝領(lǐng)域發(fā)展的重要方向,在提高催化劑抗性和穩(wěn)定性的同時,繼續(xù)開發(fā)新材料、新構(gòu)型,提高效率,降低成本,在技術(shù)上趕超國外,是該領(lǐng)域發(fā)展的重要一步。