γ-Fe2O3基催化劑NH3-SCR脫硝特性及動力學研究.pdf

1、NOx是我國主要的大氣污染物，其過度排放會造成光化學煙霧、酸雨、臭氧層空洞及灰霾等一系列環(huán)境問題，同時造成近年來PM2.5中硝酸鹽比例大幅上升，控制燃煤電廠NOx排放刻不容緩。目前，選擇性催化還原(NH3-SCR)技術是燃煤電廠廣泛采用的煙氣脫硝技術，其典型的商用催化劑為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，在340～400℃的溫度窗口內NOx轉化率較好，但存在活性成分昂貴、劇毒重金屬元素釩不能隨意丟棄、廢舊催化劑無害化處理成本較高等

2、問題，因此急需研發(fā)適合國情的高效、廉價、無污染的NH3-SCR脫硝技術。普通鐵金屬氧化物催化劑與釩鈦基催化劑相比，活性成分鐵的來源廣泛、廉價、抗水抗硫性能好且對環(huán)境無毒性，但脫硝活性溫度大部分高于500℃，不適宜燃煤電廠脫硝，為此本文通過沉淀工藝制備了鐵金屬氧化物催化劑，XRD及活性實驗表明制備的γ-Fe2O3催化劑中高溫活性好，是一種較為理想取代釩鈦催化劑的新型NH3-SCR催化劑。此外，催化劑反應動力學特性研究具有重要的理論與現(xiàn)實意

3、義，其能夠為后續(xù)催化劑NH3-SCR過程模擬和脫硝反應器的設計、優(yōu)化及工業(yè)放大提供實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，為此本文相繼開展了γ-Fe2O3催化劑動力學特性研究以及錳添加對其動力學特性的影響規(guī)律研究，并由動力學結果分析脫硝反應機理及優(yōu)化機理。
　　在制備γ-Fe2O3基礎上重點研究了對脫硝反應影響突出的因素:反應溫度、NH3/NO摩爾比、O2濃度、水蒸氣和SO2濃度對γ-Fe2O3催化劑NH3-SCR脫硝特性的影響規(guī)律。研究表明:反應溫

4、度高于325℃時NOx轉化率始終高于90％，低于270℃時γ-Fe2O3的NOx轉化率始終高于商用V2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化劑NOx轉化率;NH3/NO比大于1后NOx轉化率不再增加;在O2濃度大于3.5％后NOx轉化率達到最高且保持不變;水蒸氣與NH3之間競爭吸附劇烈，導致NOx轉化率下降，水蒸氣導致γ-Fe2O3催化劑表面產(chǎn)生微量羥基官能團，造成少量不可逆化學性失活;SO2濃度低于0.04％時不會降低催化劑活性，通入

5、0.08％的SO2時NOx轉化率小幅降低，且未發(fā)生不可逆的表面金屬硫酸鹽化，具備優(yōu)良的抗SO2中毒性能。
　　采用瞬態(tài)動力學研究表明NH3能快速在γ-Fe2O3表面活性位上吸附活化，O2能快速參與到反應中，吸附氧含量較少，通過穩(wěn)態(tài)動力學方法，構建冪函數(shù)型反應動力學模型，得到NH3、O2、NO反應級數(shù)分別為0、0.27、0.41，NH3-SCR脫硝反應活化能為28.77 KJ/mol，由反應動力學結果分析得到NO在有磁性的γ-Fe2

6、O3表面發(fā)生了吸附作用，催化劑上同時存在NO以氣態(tài)參與反應的E-R機理和NO以吸附態(tài)參與反應的L-H機理。
　　在γ-Fe2O3催化劑脫硝特性及動力學性能明確的基礎上進一步考察錳添加對其NH3-SCR脫硝活性及動力學特性影響，并分析錳添加催化劑的優(yōu)化機理。溫度高于70℃時NOx轉化率始終在90％以上，XRD分析得出錳嵌入γ-Fe2O3晶體結構中或者高度分散在其表面，促使低溫脫硝活性好。穩(wěn)態(tài)動力學研究得到NO、NH3、O2反應級數(shù)分