(4)V2O5-WO3/TiO2催化剂对烟气中SO2的氧化率较高,会使SO2被氧化为SO3,烟气中高浓度的SO3会严重腐蚀烟道和除尘设备。
因此,国内外许多研究人员致力于开发新型具有高NH3-SCR活性和N2选择性、低成本、环境友好的低温SCR反应催化剂体系来取代V2O5-WO3/TiO2催化剂。
1.2.3 低温SCR反应的研究进展
低温NH3-SCR技术是将SCR反应单元置于脱硫除尘之后的脱硝技术,这样就可以同时避免SO2和粉尘对催化剂的影响,而且便于与我国现有的锅炉系统匹配,装置设备和运行费用较低。因此,低温NH3-SCR反应具有更好的经济性和实用性。然而,该技术的难点在于烟气经过脱硫和除尘之后,烟气温度急剧降低至约150℃,若采用额外的烟气加热装置则会导致过高的运行费用,经济性大打折扣。因此,研究开发与之匹配的低温SCR反应催化剂成为研究热点。
许多含有过渡金属(Fe、V、Cr、Cu和Mn)的SCR催化剂都具有一定的低温SCR反应活性,但Mn基催化剂的SCR反应活性最为突出[11]。例如MnOx-CeO2、MnO2/TiO2,MnOx-CeO2/TiO2,Fe2O3- MnO2/TiO2和Mn-Fe尖晶石等,都表现出了良好的低温SCR反应的活性。Mn基催化剂在实际应用中仍旧具有一定的缺陷:
①Mn基催化剂在催化反应过程中会形成大量具有温室效应的N2O气体;
②抗硫化能力差[12, 13] ,在脱硫器处理后,尾气中仍旧存在少量的残余SO2,会对低温SCR反应有较大的影响[14]。
1.2.4 Mn-Fe尖晶石催化剂低温NH3-SCR反应的研究
图1.1显示(Fe3−xMnx)1−δO4催化剂具有优异的低温SCR反应活性, NO的转化率随着Mn含量的增加而增加。(Fe3−xMnx)1−δO4在低温条件下(低于140℃)表现出了很好的N2选择性(>90%),但随着温度进一步升高,其N2的选择性明显降低,尾气中N2O的含量显著增加[11]。
尽管SO2会使(Fe3−xMnx)1−δO4催化剂很快中毒失活,但经过水洗后该催化剂的活性可完全恢复(如图1.2) [15, 16],因此Mn-Fe尖晶石催化剂在实际应用中的主要难点即是抑制N2O的生成[17]。
N2O是一种无色、弱甜的气体,本身并不具有明显毒性,因此长期以来并不被视为污染气体,但近年来研究发现,其温室效应的增温潜能是CO2的310倍。此外,N2O的大气寿命极长,约为150年,在对流层中对臭氧具有严重的破坏作用,同时形成酸雨[18],其造成O3的减少量,约占总减少量的70%。在1997年签订的《京都议定书》中,N2O是列于CO2和CH4之后的第三大温室气体,也是在大气中留存时间最长的温室气体。据统计,N2O在大气中的浓度正以0.2%~0.3%每年的速率增长,研究发现每当N2O浓度增加一倍,将导致全球升温0.3K[19]。因此,控制N2O的排放,对保护人类的生存环境极为重要。
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