釩鎢鈦脫硝催化劑的性能研究

摘 要：SCR技術是目前運用較為廣泛的煙氣脫硝技術，脫硝效率較高。SCR脫硝技術的核心是催化劑，催化活性對SCR的整體脫硝效果影響重大，因此，本文對V-W-Ti體系催化劑的性能進行了研究，探討了不同釩、鎢組分、煙氣組分對催化劑脫硝性能的影響。

關鍵詞：釩鎢鈦催化劑；SCR技術；性能研究

1不同釩含量對釩鎢鈦催化劑脫硝性能的影響

V2O5是目前商品SCR催化劑中的主要活性組分，在選擇性催化還原反應中具有良好的脫除NOx性能，但由于V2O5催化氧化的能力很強，在氧氣存在時，會將煙氣中的SO2氧化生成SO3，SO3進而會與SCR系統中未發生反應的NH3結合，生成NH4HSO4等造成催化劑以及系統管路的阻塞。SCR催化劑中不同含量的V2O5會出現不同的形態，在較小負載量的催化劑表面，V2O5會以不飽和的單體或等軸聚合體的形態分散，該形態的V2O5是SCR催化劑的主要活性中心（見圖1），Koebel等[1]發現，聚合體形態的V2O5相比單體具有更好的催化劑活性；當V2O5的負載量較大時，會形成結晶并在載體表面不均勻的堆積，不利于SCR反應的發生，且過多的V2O5會加劇SO3的生成。

由表1及圖2可知，當催化劑中無釩氧化物時，催化劑的最高活性僅為49.7%（400℃）；當催化劑中添加釩氧化物時，催化劑的活性在250℃時，均可達到70%以上。當釩含量為0.4%時，催化劑在350℃～400℃時的最大脫硝率約達98%，得到非常高的脫硝率。另外，當釩含量在0.4%和0.8%時，催化劑有最大的活性窗口：250℃～450℃。然而，從圖2中可知，當釩含量大于1.0%時，催化劑的活性開始呈下降趨勢，當釩含量達2.4%時，最高活性降到約85%（350℃）。這主要是由于催化劑載體的比表面積較小，較大的釩含量在其表面不能較好的分散，導致催化劑表面V2O5的聚集、結晶。而結晶態的形成及在載體表面的不均勻堆積，不利于SCR反應的發生，因此，當釩含量過高時，催化劑的活性逐漸降低。

2不同鎢含量對釩鎢鈦催化劑脫硝性能的影響

WO3的主要作用是增加催化劑的催化活性及熱穩定性，故在催化劑中的含量通常很大，約占催化劑總質量的10%。一些學者認為WO3增加了催化劑的Brφnsted酸位，從而增強了催化劑的吸附能力，促進了反應進行也有學者認為SCR反應需要兩個活性位，WO3提供了第二個活性位。

SCR催化劑的工業應用中，起催化作用的主要成分為V2O5，在沒有WO3存在時，V2O5/TiO2催化劑也可達到脫硝的效果，添加WO3的主要作用是減少的V2O5用量，從而降低對SO2氧化成SO3的催化作用，同時提高催化劑的抗SO2性能。由于煙氣中還存在一定量的水蒸氣（6～10%），而SCR反應也會產生部分H2O，添加WO3還可提高催化劑的抗水性能。

從圖3中可知，隨著WO3含量的增加，V0.4WyTi催化劑的活性逐漸增加，當V0.4Wy Ti催化劑的中WO3含量大于8%時，催化劑的活性在300～400℃均可達90%以上，且活性的增加幅度幾乎為零，在兼顧經濟與催化活性的情況下，實驗選擇催化劑中WO3的最佳添加量為8%。

3煙氣組成對釩鎢鈦催化劑脫硝性能的影響

為了研究各種煙氣組成對催化劑活性的影響，研究了各因素對于催化劑脫硝活性的影響。NH3/NO摩爾比、NO入口濃度、氧濃度和空速與催化劑的脫硝率有直接的影響，SO2和粉塵中CaO含量與工程應用當中催化劑活性密切相關，故上述五個因素是選擇實驗的依據，對催化劑性能的評估有著確切的實際意義。

3.1 氨氮摩爾比（NH3/NO）值對催化劑脫硝活性的影響

圖4為不同對NH3/NO對 V0.4W8Ti催化劑活性的影響。由圖4可知，在NH3/NO<1.0時，該V0.4W8Ti催化劑的催化活性隨NH3/NO的增加而提高；當NH3/NO>1.0時，活性基本達到穩定，穩定到90%左右。與脫硝反應的氨氮化學計量比為1的事實相同，并沒有像想象的那樣，隨著NH3的濃度提高，反應活性也提高，而是一直保持穩定。

3.2 NO初始濃度對催化劑脫硝活性的影響

當NO的初始濃度增大時，反應速率也隨之增大，在空速一定的條件下，催化劑的NO脫除率也隨之增大。但是，當NO初始濃度超過了催化劑承載NO的最大能力時，催化劑表面的活性位已達到飽和，脫硝率也會有所降低。

圖5為NH3/NO=1時，NO入口濃度對V0.4W8Ti催化劑活性的影響。從圖5可知，NO濃度500～1000ppm的范圍內，催化劑的NO脫除效率有所增加，但增幅較小，這表明該催化劑對于不同的NO初始濃度能夠較好的適應。

3.3 O2濃度對催化劑脫硝活性的影響

圖6為NH3/NO=1、NO入口濃度500 ppm時，O2濃度對V0.4W8Ti催化劑活性的影響。由圖6可知，當體系中無氧氣或氧氣濃度很低的情況下，催化劑的活性較低，即使不同的溫度下，一氧化氮的脫除率也是幾乎相同，約50%；此時在SCR體系中，氧氣是反應的控制因素，當添加少量的氧氣后，催化劑活性均迅速提高，400℃時，催化活性可達90%以上；當氧氣濃度達到2%之后，隨著氧氣濃度的增加，催化劑的NO脫除率不再有明顯變化，故可得出這樣的結論，在氧氣含量低于2%的情況下，氧氣對選擇性催化還原脫硝反應有著很大的影響，是選擇性催化還原脫硝體系反應的控速步驟。

4結論

①活性組分V2O5含量的增加可以提高催化劑的脫硝活性，但含量過高反而會起抑制作用，通過實驗確定，V2O5含量為0.4wt.%的V2O5-WO3/TiO2催化劑脫硝性能最好，在300～400℃之間，NO的脫除率高達90%以上。

②當VWTi催化劑中V2O5負載量在0.4～1wt.%內，WO3含量為8wt.%時，在300～400℃的溫度區間和O2濃度大于1%、NH3/NO為0.8～1、空速在10000h-1時，脫硝率均可達85%以上，且對不同NO初始濃度有較好的適應能力。

參考文獻：

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作者簡介：

李鏞（1976- ），男，漢族，四川德陽人，1998年畢業于四川大學化工系，本科，工程師，注冊化工工程師。現工作于四川成都東東凱特瑞環保催化劑有限責任公司，從事技術實驗工作。