前言
選擇性催化還原(SCR)法是目前廣泛采用的去除NOx的有效方法之一。工業(yè)應(yīng)用的催化劑大多反應(yīng)溫度為300-500℃，才能發(fā)揮催化劑的最佳活性，而采用低溫(60-180℃)SCR催化劑能適應(yīng)將SCR裝置直接配置于電除塵之后，避免工業(yè)催化劑由于高溫操作所必需的煙氣預(yù)熱能耗，又能減輕煙塵對催化劑的毒化作用，延長催化劑壽命。
蜂窩式脫硝催化劑的生產(chǎn)工藝中利用陶瓷化技術(shù)將具有脫硝活性的組分賦予一定的機械強度，使其能適應(yīng)具有高灰分、煙氣量大、高風速的工況[1]。目前，鈦鎢釩類蜂窩式脫硝催化劑基本采用600-615℃的煅燒工藝，但是實際上，根據(jù)組分的不同，不同金屬之間的作用鍵的形成溫度也是不同的[2]。本論文旨在探討生產(chǎn)中不同煅燒溫度對蜂窩催化劑性能的影響。
1 實驗部分
1.1 催化劑制備工藝
本文中的18孔蜂窩式脫硝催化劑經(jīng)過混煉(出料水分位28%，PH值為8.0)，預(yù)擠出(水分28%)，陳腐24小時，擠出(水分27.5%)，一干燥168小時(由一干燥轉(zhuǎn)移至二干燥時水分為3%)，二干燥24小時(由二干燥轉(zhuǎn)移至煅燒爐時水分≤2%)，煅燒50小時，切割等工段。
催化劑原料包括鈦鎢粉、硬脂酸、乳酸、紙漿棉、玻璃纖維、羧甲基纖維素、聚氧化乙烯。
1.2 催化劑的物相結(jié)構(gòu)表征在X-射線粉末衍射儀(德國Bruker D8-Advance型)上室溫下進行，使用Cu Kα射線源(λ=0.15418)，Ni濾波，工作電壓為40kV，工作電流為40mA，掃描范圍2θ為10-90°，步長為0.02°，掃描速度為10°/min，萬特檢測器檢測。
1.3 催化劑比表面積測試使用的儀器是ASAP-2020型物理吸附儀(美國Micromeritics公司)。催化劑樣品預(yù)先在-196℃下處理，然后進行測定。用BET公式和BJH模型計算樣品的比表面積。
1.4 催化劑軸向和徑向強度測試用的是QJ212C-100KN電子萬能實驗機(上海傾技儀器儀表有限公司)，測試時催化劑需要切割成15cm*15cm*15cm。
1.5 催化劑脫硝實驗
將成品15*15cm的催化劑切割成3.5*3.5cm的小塊，SCR脫硝效率評價實驗裝置見圖1。將3.5*3.5cm的蜂窩催化劑填入SCR反應(yīng)器中。模擬電廠煙氣成分體積分數(shù)含量：NO是670ppm、NH3是610ppm、O2是6.2%、SO2是100-160ppm、水是3%、平衡氣體為99.999%高純氮，煙氣流量是1260ml.min-1，模擬煙氣中的O2、NO、SO2等指標采用德國MRU公司的Vario Plus型煙氣分析儀在線測量，利用TESTO350煙氣分析儀對反應(yīng)裝置入口和出口處煙氣的NO濃度進行分析。脫硝效率計算公式：
2 實驗結(jié)果比較
從圖2中XRD的表征可以看出，500℃煅燒的催化劑沒有WO3的峰，V2O3的峰很小，這是由于含量小的WO3和V2O3分散很均勻;而550℃和600℃煅燒出來的催化劑表面WO3和V2O3的峰很尖銳，說明在長時間高溫下，WO3和V2O3發(fā)生了燒結(jié)團聚，晶粒變大導(dǎo)致的。此結(jié)論與圖3中的掃描電鏡是吻合的。
由圖3可以看出，500℃對應(yīng)的催化劑具有更好的表面孔結(jié)構(gòu)，微孔細致，分布均勻，550℃對應(yīng)的催化劑表面局部有少量的團聚，而600℃煅燒的催化劑表面團聚更嚴重。這種現(xiàn)象可能是由于500℃時，Ti和W以及V和W之間金屬鍵作用已經(jīng)形成，而且長時間的煅燒恰好將造孔劑燃燒揮發(fā)完全，再升高溫度不僅會導(dǎo)致二氧化鈦由銳鈦型轉(zhuǎn)向金紅石型，導(dǎo)致比表面積的下降，也會造成鎢等金屬元素的燒結(jié)團聚，進而導(dǎo)致活性下降。[3-4]
從比表面積也可以看出，500℃對應(yīng)的催化劑比表面積比550℃和600℃的分別高4.3%和12.5%，雖然500℃對應(yīng)的催化劑比表面積最大，但是三者相差很小。說明500-600℃之間，溫度對催化劑物理特性影響很小。
圖4是不同煅燒溫度的催化劑活性對比圖，從前面XRD測試、比表面測試、掃描電鏡結(jié)果可以看出500℃煅燒的催化劑具有更好的物理結(jié)構(gòu)，在脫銷活性評價中也得到了驗證，500℃煅燒的催化劑具有最好的催化活性，燒結(jié)現(xiàn)象最嚴重的是600℃煅燒的催化劑，當然，其催化活性也是最差的。500℃煅燒的催化劑脫硝效率比550℃、600℃對應(yīng)的催化劑分別高5%、8%。
3 總結(jié)
本文中通過對比得出，500℃煅燒的催化劑產(chǎn)品，表面微孔結(jié)構(gòu)更細致均勻，比表面積比550℃和600℃的分別高4.3%和12.5%，可以達到72m2/g。150℃-270℃之間，相同煙氣溫度的工況下，500℃煅燒的催化劑脫硝效率比550℃、600℃對應(yīng)的催化劑分別高5%、8%，且500℃對應(yīng)的催化劑強力并未減少很多。此論文中的結(jié)果可以對實際生產(chǎn)起到指導(dǎo)意義。
作者：徐輝, 王光應(yīng), 劉江峰, 江厚兵, 李林朝
