Cu_Mn_TiO_2催化剂低温选择性催化还原NO_X的研究

纳米级
生产厂家 广东汕头市西陇化工厂 广东汕头市西陇化工厂 广东香山化工厂 湖南省娄底市南化化学品有限公司 长沙安泰精细化工实业有限公司 广东汕头市西陇化工厂 南开大学催化剂厂
3. 2 试验仪器设备
表 2 实验过程中所用的主要仪器设备
Table 2 The in strum en ts and equ ipm en ts used in the experi m en t process
剂, 主要有三种反应. 4N H 3 + 4NO + O 2 →4N 2 + 6H 2O 2N H 3 + NO + NO 2 →2N 2 + 3H 2O 8N H 3 + 6NO 2 →7N 2 + 12H 2O
( 1) ( 2) ( 3)
无催化剂时, 以上还原反应较理想的温度为 800 ～ 900 ℃, 温度过高时, 还原剂N H 3 会被氧化成NO 而消耗; NO X 的还原速度亦会迅速下降; 当温度低于 800℃时, NO X 还原的反应速度很慢, 需添加催化剂促进反应, 因此有 [6 ] [7 ] SCR 工艺和 SN CR ( 选择性非催化还原 , Select ive N on 2 Ca ta lyt ic R educt ion ) 工艺之分 . 在 SCR 技术的实际 应用中, 其装置可有 3 种布置方式[ 8 ]: ①除尘器之前 ( 锅炉省煤器和空气预热器之间) ; ②除尘器之后, 脱硫之前; ③脱硫之后 . 第一种方式尾气温度较高, 催化还原反应速度快, 但烟气中含大量粉尘和 SO 2 , 易导致催化剂堵塞和 中毒, 对催化剂的稳定性要求较高[ 9 ]. 目前, 日本的研究人员已经成功将此项技术工业化, 并在全球范围内推广, 已建成了 500 余套 SCR 装置, 其催化剂以 T iO 2 为载体, 负载 Fe、 V 等多种活性组分, 具有良好的 SCR 性能和出色 的稳定性[ 10 ]. 第二种方式虽避免了粉尘的堵塞问题, 但 SO 2 的影响依然存在, 同时尾气温度也下降许多, 催化剂活 性亦因此而受影响[ 11 ]; 第三种方式, 可同时避免粉尘和 SO 2 的影响, 但尾气在经过除尘和脱硫工序后, 温度已降至
序号
1 2 3 4
试验中所使用的仪器和设备列入表 2.
3. 3 试验方法 ( 1) 催化剂的制备方法
名称
NO x 分析仪 SO 2 分析仪
规格
42C NO 2 NO 2 2 NO x 43C SO 2 SH 2- D ( 79- 1 )
①浸渍法 称取 10 g T iO 2 加入盛有 80 ～ 100 mL Cu (NO 3 ) 2 和 M n (NO 3 ) 2 混合溶液的烧
3 试验材料与方法
3. 1 试剂
试验所用试剂列入表 1.
102
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 表 1 实验过程所用试剂
Table 1 The reagen ts used in the exper i m en t process
序号
1 2 3 4 5 6 7
第 29 卷
名称 硝酸铜 乙酸锰 硝酸锰 偏钒酸氨 磷酸 碳酸铵 二氧化钛
Cu 2 M n T iO 2 催化剂低温选择性 催化还原N O X 的研究
Ξ
张之浩1 , 陈 娇2
(1. 长沙环境保护职业技术学院, 湖南 长沙 410000; 2. 湖南工业职业技术学院, 湖南 长沙 410000)
摘 要: 研究了 Cu 2 制备工艺、 催化温 M n T iO 2 催化剂低温选择性催化还原NO X 的技术. 通过实验, 考察了催化剂活性组分配比、
Key words: environm en tal chem istry; selective catalytic reduction ( SCR ) ; n itric ox ides; catalyst
石化燃料等燃烧时N 2 与O 2 反应生成的, 其主要成分为NO [ 其中w (NO ) > 90% , 氮氧化物 (NO ) 主要是煤、
1 2 ZHAN G Zh i2hao , CH EN J iao
(1. Chang sha Environm en tal P ro tection Co llege, Chang sha 410000, H unan, Ch ina; 2. H unan Indu stry P loytechn ic, Chang sha 410000, H unan, Ch ina)
Ξ
收稿日期: 2009201212 作者简介: 张之浩 (1983- ) , 男, 湖南长沙人. 硕士研究生, 助理讲师, 主要从事环境工程的教学与研究工作.
第3 期
张之浩等: Cu 2 M n Ti O 2 催化剂低温选择性催化还原NO X 的研究
101
NO X 的催化还原可使用多种还原剂 (CH 4、 H 2、 CO , N H 3 等) , 其中应用最广泛的技术是以N H 3 做为还原
第 29 卷 第 3 期 2009 年 6 月
中 南 林 业 科 技 大 学 学 报
Jou rna l of Cen tra l Sou th U n iversity of Fo restry & T echno logy
. 29 N o. 3 Vol J un. 2009
文章编号: 1673- 923X ( 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ09) 03- 0100- 06
1 试验研究目的和内容
大气中的NO X 主要来自于移动源 ( 机动车) 和固定源 ( 主要为火力发电厂、 工业燃烧装置) 两个方面 . 特别 是机动车保有量的大幅增加, 来至于移动源的NO X 对大气的污染也迅速加大 . 近日, 我国出台了新的机动车排 放标准. 这更说明了我们应加强对 SCR 技术的研究 . 本试验的目的和内容是: 研究Cu 2 M n T iO 2 催化剂低温选择性催化还原NO X 技术, 探索催化剂活性组分配 比、 制备工艺、 催化温度、 空速、 进口氧气浓度等因素对催化剂活性以及催化剂抗中毒性能的影响, 并分析其作 用机理.
M n T iO 2 catalyst low tem p eratu re selective Abstract: T h is p ap er launch the d iscu ssion and the research on the techno logy of the Cu 2 catalytic reduction the NO X. T h rough the exp erim en t, the p ap er in sp ected that the facto rs, such as active con stituen t allocated p ro 2 po rtion, p rep aration craft, catalyzed tem p eratu re, airsp eed, im po rt oxygen den sity and so on, influence the catalyst activeness and the catalyst an ti2 po ison p erfo rm ance.
100℃以下, 催化剂的低温活性问题尤显突出[ 12 ]. 若采用额外的烟气再加热装置以获得高脱硝效率, 则导致系统能
耗大幅增加 . 结合实际应用的要求, 研究开发低温高效、 性能稳定的催化剂成为一大热点 . 当前研究较多的几种低温 SCR 催化剂是: ( 1) 碳基催化剂, ( 2) 锰氧化物催化剂, ( 3) 钒氧化物催化剂, ( 4) 其它金属氧化物催化剂的研究.
分子式
Cu (NO 3 ) 2 ・3H 2O M n (CH 3COO ) 2 ・4H 2O M n (NO 3 ) 2 N H 4VO 3 H 3PO 4 (N H 4 ) 2CO 3 T iO 2
规格
A R , ≥99. 5% A R , ≥99. 0% A R , 50. 0% A R , 99. 0% A R , ≥85. 0% A R , ( 以N H 3 计) ≥99. 0%
真空泵 磁力加热搅拌器 箱形电阻炉
生产厂家 美国热电公司 美国热电公司 浙江黄岩求精真空泵厂 江苏常州澳森电器有限公司 长沙实验电路厂
度、 空速、 进口氧气浓度等因素对催化剂活性以及催化剂抗中毒性能的影响.
关键词: 环境化学; 选择性催化还原 (SCR ) ; 氮氧化物; 催化剂 中图分类号: X131 文献标志码: A
Cu-M n T i O 2 for L ow- tem pera ture Selective Ca ta lytic Reduction of NO X
5 SX2- 5- 12 杯中, 磁力搅拌 1 h, 转移到坩锅中, 在 120℃下 干燥 12 h, 在 500℃下焙烧 3 h. 完成催化剂的制备 . ②共沉淀法 称取 10 g T iO 2 , 加入M n (NO 3 ) 2 和 Cu (NO 3 ) 2 , 加入约 60 mL 水, 磁力搅拌 10 m in. 配制 50 ～ 9. 老化 2 h, 抽滤, 在 mL (N H 4 ) CO 3 饱和溶液, 将 (N H 4 ) CO 3 饱和溶液滴入上述混合溶液中, 搅拌, 直至pH = 8
[1 ] . 因此, 世界 w (NO 2 ) < 10% ] . NO X 不仅是酸雨形成的主要原因, 而且可与碳氢化物等反应形成光化学烟雾
各国对燃煤电厂烟气、 汽车尾气中的NO X 含量制定了严格的排放标准 . NO X 的治理目前主要采用燃烧后烟气 脱氮术 ( F lue Ga s D e 2n it rifica t ion ) , 其中选择性催化还原 ( Select ive Ca ta lyt ic R educt ion, SCR ) 技术应用最广, 已在欧、 美、 日等发达国家燃煤电厂中商业应用[ 2, 3 ]. 国际上对 SCR 脱硝的催化反应机理、 反应动力学、 催化剂 性能改进等进行了大量的研究, 目前仍很活跃, 而国内这方面的研究仍处于起步阶段[ 4 ]. 但是, 随着我国燃煤电 厂的增加及汽车拥有量的日益增长, 人们对环保要求的不断提高, 尤其是 2008 北京奥运会的举办, 我国也迅速 加大了对 SCR 技术研究和开发的力度. 用选择性催化还原 (SCR ) 的方法将NO X 转化为氮气是当前研究的热点, 研究开发适于此过程的催化剂则 是解决问题的关键[ 3 ]. 目前, N H 3 选择性催化还原脱硝 (SCR ) 法是一种在德国、 日本等国家广泛使用的干式脱 硝技术, 它使用氨作还原剂, 使烟气中的NO 及NO 2 通过催化剂层后还原生成N 2 和H 2O 达到脱硝的目的, 由于 高选择性、 经济性, 已被广泛应用于城市垃圾焚烧、 化学处理厂、 钢铁和水泥加工厂等[ 5 ]. SCR 工艺的高效性、