低温SCR技术的核心在于开发高效稳定的低温SCR催化剂。目前研究最多的低温SCR催化剂为过渡金属催化剂。例如Mn基催化剂[9](MnOx-CeO2,MnOx-TiO2),Cu基催化剂[10](CuO-C、CuO-MgO-Al2O3)以及Fe2O3[11]、Cr2O3类[12]催化剂。这些催化体系,在140℃~160℃温度下,均显示了优良的活性,但其与V2O5-WO3-TiO2催化剂相比NOx的最大转化率通常更低,SCR反应的操作窗口温度范围更小,并在较低温度下会有大量的N2O产生。
在众多用于NH3-SCR的金属氧化物催化剂体系中,Mn基催化剂由于具有优异的低温SCR活性且价格低廉而被广泛关注。对于Mn基催化剂来说,CeO2的加入能够促进NO在催化剂表面氧化,从而大大提高Mn基催化剂的SCR活性[13]。因此,MnOx-CeO2被视为理想的低温SCR催化剂。Qi和Yang等[8; 13-16]对MnOx-CeO2做了系统性研究,得出在反应温度100℃~150℃,反应空速为42000 h-1时,其对NOx的转化率将近100%。且当反应气氛中含有SO3和H2O时,仍然表现出优良的低温NH3-SCR催化活性。当反应温度超过150℃时,观察到有N2O产生。
虽然MnOx-CeO2催化剂表现出良好的低温SCR性能,但其在实际运用中仍然存在一定的缺陷:
(1)MnOx-CeO2催化剂的抗硫酸盐化能力较差,虽然其工作单元在脱硫装置之后,但烟气中仍存在少量SO2,对低温SCR反应的影响较大。
(2)MnOx-CeO2催化剂在催化NOx还原过程中会生成大量N2O[14; 15]。
MnOx-CeO2催化剂作为过渡金属氧化物的一种,不仅对NH3选择性还原NOx的过程由良好的催化作用,同时对NH3非选择性还原NOx的过程也具有活性和选择性,导致其在还原NOx过程中无法避免N2O生成。
N2O对地球环境的危害,前文已有阐述。在SCR技术的运用过程中如果只重视NOx去除率而忽视了其中N2O的排放,就可能使SCR这项技术由“Clean Tech”变成“Dirty Tech”。因此了解低温SCR反应中N2O的生成机理和其影响因素,对进一步控制N2O气体的排放和增长具有重要意义。
1.4 研究课题的提出与内容
大量研究表明,在80℃~150℃下MnOx-CeO2表现出很好NH3-SCR的活性。然而在其SCR反应进程中会有部分N2O产生,且产生的N2O量随着温度增加而增加[17]。因此在使用MnOx-CeO2时,除了要注意烟气中的H2O和SO2含量,避免催化剂失活,同时也要注意低温SCR反应中N2O的产生并进行控制[18]。但迄今为止,很少有研究关注过在MnOx-CeO2的低温NH3-SCR反应中N2O的形成机理和其影响因素。
N2O的两个氮原子分别来自于NH3和NO[19; 20]。在MnOx-CeO2的NH3-SCR反应中N2O的形成主要有两个途径。一个是反应气体NO与活化氨(即氨基-NH2)反应生成N2O(Eley-Ridea机理),另一种是吸附在催化剂表面的NOx-与邻位的吸附氨反应,生成一个活性过渡态物质(NH4NOx)再分解成N2O(Langmuir-Hinshelwood机理)。在本研究中,将探究在NO在MnOx-CeO2上还原过程中N2O的产生机理和影响N2O选择性的因素。 NOx浓度对MnOx-CeO2催化剂NH3-SCR反应选择性的影响(3):http://www.751com.cn/huaxue/lunwen_11471.html