基于钒钨体系的燃气轮机SCR脱硝催化剂性能及工况适应性研究

发布时间：2020-08-26 20:48

【摘要】：选择性催化还原(SCR)是燃气轮机实现氮氧化物排放采用的最佳可行技术。目前国内燃机脱硝所用催化剂基本依赖进口,相关研究仍较少,制约了国内燃机氮氧化物的排放控制,因此研究和开发燃机专用脱硝催化剂具有重要的理论和实际意义。本工作用微型催化剂反应评价装置结合BET比表面积测定、X射线粉末衍射(XRD)、H_2-程序升温还原(H_2-TPR)、扫描电子显微镜(SEM)、原位红外(In-situ DRIFTS)等多种物理化学手段系统和深入地研究了高钒体系V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的组成与SCR性能之间的关系,探讨了WO_x组分的助催化作用机制,并通过模拟燃机烟气工况阐明了高钒体系V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂在燃机烟气特征条件下的适应性,对开发高效燃机脱硝催化剂有重要的参考价值。主要研究结果如下:(1).通过系统地研究不同钒钨负载量的高钒体系V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的组成与SCR性能之间的关系,发现WOx掺杂可以显著拓宽催化剂在280℃至440℃范围内的活性温度区间,但无法进一步提高催化剂在380℃时的最高脱硝性能。(2).阐明WO_x掺杂能够拓宽催化剂活性温度区间的主要原因是WO_x与VO_x物种在催化剂表面形成V-O-W结构并提高V~(5+)物种比例,从而增加表面Br?nsted酸和Lewis酸位。在SCR脱硝反应中,催化剂表面酸性位吸附和活化NH_3的能力是反应决速步骤,其后再与气相NO反应。(3).当TiO_2表面V_2O_5负载量大于3%以后,掺杂WO_x虽仍能拓宽活性温度区间,但催化剂的整体脱硝效率随V_2O_5含量增加而下降。发现效率下降的主要原因是在催化剂表面形成了团聚态的VO_x和WO_x物种,因此在SCR脱硝反应中,催化剂表面吸附和活化NH_3能力减弱,从而导致性能下降。(4).在模拟燃机烟气工况条件下,高钒体系V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂的脱硝性能受O_2浓度变化影响较小,H_2O易导致催化剂出现可逆性失活。NO_2气体组分对催化剂性能影响较大,当NO_2浓度占比小于50%时,脱硝效率随NO_2浓度升高而上升,但当NO_2浓度占比大于50%后,NO_2浓度升高导致催化剂脱硝效率快速下降。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773
【图文】：

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1 江苏省有 SCR 预留位置的在役燃机容量占余热锅炉预留了 SCR 脱硝位置，2017 偏小。家燃气电厂的调研，可得出以下结论：脱硫、除尘环保设施的情况下，烟气中于《火电厂大气污染物排放标准》（施超低排放燃煤机组的排放水平；而燃三大燃机厂家通过现有技术改进燃烧室Nm3以下，可满足国标，但若是更加严足。系统后，烟气中氮氧化物浓度将大幅降

分布形态,钛基,分布形态,催化剂

图 1-2 钒在钛基表面的分布形态图 1-3 钨在钛基表面的分布形态性成分的主要作用是：V2O5：V2O5是催化剂最主要的活性成分，在不同工况中，催化剂 V2O5的，用于燃煤脱硝的催化剂 V2O5的负载量通常不超过 1%（质量分数），而范围应提高到 3-5%（质量分数）。钒类催化剂的有效活性温度区间较宽K。对于商用脱硝催化剂来说，在 300K-420K 就已经具备了明显的活性。

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图 1-3 钨在钛基表面的分布形态性成分的主要作用是：V2O5：V2O5是催化剂最主要的活性成分，在不同工况中，催化剂 V2O5的，用于燃煤脱硝的催化剂 V2O5的负载量通常不超过 1%（质量分数），而范围应提高到 3-5%（质量分数）。钒类催化剂的有效活性温度区间较宽K。对于商用脱硝催化剂来说，在 300K-420K 就已经具备了明显的活性。间的上限时，氨被高温氧化，生成 N2O 和 NO 等不同类型的 NOx；并且催表面产生烧结、团聚等现象，从而降低了催化剂的脱硝效率[13]。WO3：三氧化钨的负载量一般较大，能够占总量的 5%-10%（质量分数用是增加热稳定性，提高催化剂的活性。WO3能够增强 SCR 反应中催化剂有定论，有学者认为其增加了催化剂表面 Bronsted 酸位的酸性[10]，从而增率；也有学者持不同意见，他们认为 SCR 脱硝反应需要两个活性位点，W外一个活性位[10]。因为 V2O5负载在锐钛型的 TiO2上不能形成一个足够稳

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