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脱硝钛白制备技术探讨
2019年09月03日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:579
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氮氧化物是我国污染物减排目标中新增的重要指标之一,降低氮氧化物排放的主要手段是脱硝催化剂。目前,选择性催化还原(selective catalytic reduction, SCR)方法中最常用的是催化剂为V2O5-WO3(MoO3)/TiO2系列。脱硝TiO2作为主要载体,TiO2的微观表面缺陷结构、掺杂的催化活性物质、杂质含量等对催化效果起着至关重要的作用。

1.脱硝钛白粉制备原理

偏钛酸在200℃开始脱结构水,300℃左右达到快速脱水的效果。温度低的时候,偏钛酸中单个颗粒之间通过氢键相互作用相互交联团聚在一起。温度升高,偏钛酸颗粒逐渐长大并聚结形成长椭圆形颗粒,具有锐钛型结构的脱硝二氧化钛。温度超过300℃,长椭圆形颗粒相互烧结逐渐形成约50nm聚集二次颗粒。如果加入造孔剂,得到具有5-10nm孔的约50nm颗粒。造孔剂(碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、氨水、有机表面活性剂等)不同孔大小不同,导致比表面积不同,颗粒的表面缺陷也不同,脱硝催化活性也不同。在偏钛酸中加入不同比例不同配伍的仲钨酸、白炭黑、钡盐等做的特殊硝催化活性不同的钛白粉。

温度超过600℃,TiO2孔逐渐塌陷,随着温度升高孔也逐渐变小直至消失,同时比表面积逐渐减小。但是温度超过500℃,钛白粉中的硫酸根开始分解,温度越高钛白粉中硫含量越低。900开始晶型转化,由锐钛型转化成金红石型,1200晶型转化完全。

对于脱硝钛白粉中重要的一个指标是硫的含量要低于1%,脱硝催化剂中硫含量高会导致催化剂中毒,但脱硝钛白粉指标中还要求有一定的硫含量,脱硝钛白粉中如果有少量的硫,在做成催化剂时相当于形成了“硫抗体”,对脱硝气体中的硫氧化物有一定的抵抗能力,降低因硫氧化物导致的催化剂中毒。

      图1脱硝钛白粉工艺流程

2.脱硝钛白粉的种类及主要性能指标

种类

特征指标

普通粉

——

钛钨粉

5%WO3

钛硅粉

1%SiO2、5%SiO2

钛钨硅粉

1%SiO2、5%WO3;5%SiO2、5%WO3

钛钡粉

5%BaO

低硫粉

S≤0.5%

高比表面积

BET:350m2/g

不同比表面积

BET:30-50,80-90,90-110,200,300m2/g

1脱硝钛白粉的种类及主要性能指标

 

2国内某厂商脱硝钛白性能指标

 

3.脱硝钛白粉特点

脱硝钛白粉特点主要总结为:比表面积可控,催化活性高,化学性质稳定,耐硫好,使用寿命长。不同种类脱硝钛白可以根据客户的要求定制。

4.影响脱硝催化剂的因素

4.1活性温度

催化剂的活性温度范围是最重要的指标。反应温度不仅决定反应物的反应速度,而且决定催化剂的反应 活性。如V2O5-WO3/TiO2催化剂,反应温度多在280~420℃之间。温度过低,反应速度慢,甚至生成不利于NOx降解的副反应;温度过高,则会出现催化剂活性微晶高温烧结的现象。

4.2.化学成分含量
指活性组分及载体,如V2O5-WO3/TiO2催化剂中各成分的质量百分数。这其中关键为起催化作用的量, 助催化与载体的配比量也同样重要。根据不同用户的情况,含量会有所不同。一般情况下,V2O5占1% ~5%,WO3占5%~10%,TiO2占其余绝大部分比例。

4.3.脱硝效率
  指进入反应器前、后烟气中NOx的质量浓度差除以反应器进口前的NOx浓度(浓度均换算到同一氧量下), 直接反映了催化剂对NOx的脱除效率。一般情况下,脱硝工程会设计初期脱硝率和远期脱硝率,通过初置 和预留若干催化剂层,今后逐层添加来满足未来可能日益严格的排放要求。

4.4. SO2/SO3转化率
  指烟气中SO2转化成SO3的比例。SO2/SO3转化率越高,催化剂活性越好,所需要催化剂量越少,但转化率过 高会导致空预器堵灰及后续设备腐蚀,而且会造成催化剂中毒。因此,一般要求SO2/SO3转化率小于1%。 在钒钛催化剂中加入钨、钼等成分,可有效地抑制SO2转化成SO3。
4.5 NH3逃逸率
  催化剂反应器出口烟气中NH3的体积分数,它反映了未参加反应的NH3。如果该值高,一是会增加生产成本 ,造成NH3的二次污染;二是NH3与烟气中的SO3反应生成NH4HSO4和(NH4)2SO4等物质,会腐蚀下游设备,并增大系统阻力。

5.结语

SCR选择性还原法是当前国内外最成熟、应用最广泛的脱硝技术,TiO2作为SCR脱硝催化剂的关键材料,对催化剂的性能觉有决定影响。日益严重的环境污染问题亟待我们去解决,这就要求我们在技术上,特别是关键材料的研发上有新的突破。我国脱硝TiO2技术无论在研发还是生产上和国外产品都还存在较大差距,为了实现国家节能减排的要求,需要加大投入、提高技术,生产出满足工业需求的高性能SCR脱硝催化剂用TiO2。

参考文献:

1. 脱硝纳米多孔TiO2生产工艺和机理,崔爱莉.

作者:杨振


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