中温商业SCR催化剂碱土金属中毒机理研究

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选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)以其具有高活性、高脱硝效率等优点被而广泛应用于燃煤电厂中。催化剂是整个SCR脱硝技术的核心,其脱硝性能易受飞灰中各种碱土金属组分的影响而降低,并且不同毒性组分对催化剂的影响也不同。因此,探讨脱硝催化剂在不同烟气组分条件下的性能并研究催化剂的中毒规律及中毒机理,对保证催化剂的稳定运行和今后研发抗中毒催化剂有重要意义。本文以中温商业V2O5-MoO3/TiO2催化剂为研究对象,首先采用干、湿混两种方法模拟催化剂CaO中毒。在脱硝活性测试的基础上,通过BET、XRD、XPS、NH3-TPD、H2-TPR对催化剂进行表征,探究催化剂中毒前后物理、化学性质的变化。结果表明,不同中毒方法对催化剂中毒的影响程度不同,湿混CaO中毒对催化剂脱硝效率的影响大于干混CaO中毒的影响,在300oC时,3%Dry mixing-CaO(83.56%)>3%Wet mixing-CaO(70.79%),且中毒程度随着CaO混合量增加而增强。CaO中毒会导致催化剂比表面积和孔容的下降,活性组分V5+/V和化学吸附氧含量降低。通过TPD和TPR表征得出,CaO掺入会减少催化剂表面酸量,催化剂NH3的吸附能力下降,同时还原位的反应活性降低。结合In Situ DRIFTS表征得出结论,催化剂CaO中毒是主要通过影响催化剂表面Br?nsted酸位对NH3的吸附来实现的。对比干、湿法中毒后性能的差异,可知湿混法中毒由于浸泡以及高温煅烧,导致CaO流动性增强渗入催化剂内部以及表面TiO2结晶化增强,从而加重了催化剂的失活性。因此在模拟中毒时,应尽量采用干混法。其次,考察了MgO沉积对中温V2O5-MoO3/TiO2催化活性的影响,并结合相关表征分析其对催化剂物化性能的影响。结果表明MgO沉积对催化剂的脱硝活性有抑制作用。干混MgO中毒对催化剂表面活性组分的价态和含量影响不大。但MgO会导致催化剂的表面吸附NH3的能力减弱,还原位活性降低。湿混法也会加重MgO中毒的失活性。In Situ DRIFTS研究表明,MgO中毒机理与CaO中毒机理相同。最后,对比了催化剂CaO和MgO中毒后催化剂的脱硝效率和表面酸量。结果表明,CaO的毒性强于MgO,碱土金属中毒程度与碱土金属的碱性有关。
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