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板式V_2O_5/TiO_2脱硝催化剂的制备及性能研究

作　者: 王先鹏
导　师: 刘清雅
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 脱硝烟气 SCR催化剂板式制备机械性能
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

煤炭的大量燃烧使得SO₂、NO_x（硝）和粉尘排放量严重超标。近年来，随着各项大气污染防治政策的推出，我国SO₂排放基本得到有效控制，然而NO_x排放日益增多，造成环境恶化，致使我国环保事业面临着严峻的挑战。目前NH3选择性催化还原脱除NO_x的方法（SCR）以效率高、技术成熟等特点，在国内外得到广泛使用，所采用的催化剂主要为V₂O₅/TiO₂基催化剂。由于燃煤烟气具有高尘量和高流量的特点，工业脱硝催化剂通常为结构化形式，包括蜂窝式、板式和波纹式。由于板式催化剂具有抗尘能力强的特点，因此更适合我国燃煤烟气多灰的状况。国内外在板式催化剂成型方面的文献报道很少，仅有一些专利；在板式催化剂机械性能研究方面几乎没有文献。本文在实验室前期研究的基础上，研制了板式催化剂强度评价装置，并以硅溶胶为无机粘结剂，系统考察了有机粘结剂种类、泥料含水量、干燥和煅烧工艺对板式催化剂机械性能和活性的影响，初步探讨了影响原因，为推进板式V₂O₅/TiO₂基催化剂的发展提供基础工艺数据。通过实验研究得出以下主要结论：1、以PVA为有机粘结剂的泥料，其可塑性（包括流变性和粘结性）明显优于HPMC粘结剂，所制备的催化剂的机械强度和脱硝活性也较高。2、泥料性质对其水含量非常敏感。水含量从39%增加到46%，泥料可塑性越来越好，继续增加水含量，由于泥料粘结性变差导致可塑性变差。随着泥料中水含量的增加，所制备的催化剂的中大孔增多，强度降低；脱硝活性先提高，之后基本保持不变。最优泥料水含量为46%左右。3、干燥过程中催化剂制备中不可缺少的工序，其决定着催化剂的强度。随着干燥升温速率从0.3℃/min提高1℃/min，板式催化剂的强度变化不大，继续提高至3℃/min，催化剂的强度降低。4、煅烧过程对催化剂强度的影响不如干燥过程显著。随着煅烧时间的增加，催化剂的强度提高。煅烧时的升温速率从5℃/min提高至20oC/min，催化剂的强度逐渐降低。5、随着煅烧温度从450℃提高至550℃，催化剂的中大孔减少，强度提高，BET面积略有减小，但活性差别不大；继续升温至650℃，催化剂的中大孔和强度基本不变，但BET面积明显减小，活性降低。6、综合考虑催化剂的活性和强度，板式催化剂的最佳制备条件为：泥料水含量46%左右、干燥升温速率1℃/min、煅烧温度550℃、煅烧升温速率5℃/min、煅烧时间2h。根据该工艺制备的板式催化剂，其初始强度优于工业板式催化剂，稳态磨损率与之相当（0.5%/h）；脱硝活性差别不大（90%左右），SO₂氧化率较低。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章文献综述  15-27
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 SCR 发展现状  16-18
    1.2.1 SCR 脱硝催化剂发展历程  16-17
    1.2.2 SCR 脱硝技术的应用  17
    1.2.3 工业 SCR 钒钛催化剂  17-18
  1.3 影响脱硝催化剂性能的因素  18-25
    1.3.1 载体的影响  18-20
    1.3.2 碱金属的影响  20-21
    1.3.3 SO2和 H2O 的影响  21-23
    1.3.4 粘结剂的影响  23-25
  1.4 催化剂机械强度评价方法  25-26
  1.5 课题提出及研究内容  26-27
第二章实验试剂、仪器及装置  27-34
  2.1 实验试剂和仪器  27
    2.1.1 实验试剂  27
    2.1.2 实验仪器  27
  2.2 板式催化剂的制备  27-29
    2.2.1 粘结剂的选择  28
    2.2.2 泥料制备  28
    2.2.3 板式催化剂成型  28-29
    2.2.4 板式催化剂坯体的后处理  29
  2.3 脱硝性能评价  29-31
    2.3.1 板式催化剂脱硝性能评价装置  29-31
    2.3.2 板式催化剂的活性评价指标  31
  2.4 板式催化剂的机械性能评价  31-34
    2.4.1 板式催化剂机械性能评价装置  31-32
    2.4.2 磨损介质粒度的选择  32-33
    2.4.3 操作气速的选择  33
    2.4.4 板式催化剂机械性能评价指标  33-34
第三章有机粘结剂和泥料含水量对催化剂性能的影响  34-42
  3.1 有机粘结剂种类的影响  34-38
    3.1.1 泥料可塑性  34-36
    3.1.2 催化剂的机械强度和脱硝性能  36-38
  3.2 泥料含水量对催化剂机械强度和脱硝性能的影响  38-41
    3.2.1 催化剂制备说明  38
    3.2.2 泥料含水量对催化剂机械强度的影响  38-40
    3.2.3 泥料含水量对催化剂活性的影响  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章干燥工艺对板式催化剂机械强度的影响  42-45
  4.1 干燥工序对催化剂机械性能的影响  42-43
  4.2 干燥速率对催化剂机械性能的影响  43-44
  4.3 本章小结  44-45
第五章煅烧工艺对板式催化剂机械性能和活性的影响  45-55
  5.1 煅烧温度对催化剂机械强度和活性的影响  45-49
    5.1.1 催化剂说明  45
    5.1.2 催化剂的机械强度  45-48
    5.1.3 催化剂的活性  48-49
  5.2 煅烧速率对催化剂机械性能的影响  49-52
    5.2.1 催化剂说明  50
    5.2.2 结果与讨论  50-52
  5.3 煅烧时间对催化剂机械性能的影响  52-54
    5.3.1 催化剂说明  52
    5.3.2 结果与讨论  52-54
  5.4 本章小结  54-55
第六章自制催化剂与工业催化剂性能对比  55-57
  6.1 机械强度对比  55
  6.2 脱硝活性对比  55-56
  6.3 本章小结  56-57
第七章总结及展望  57-59
  7.1 论文总结  57-58
  7.2 工作建议  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
作者及导师介绍  63

板式V_2O_5/TiO_2脱硝催化剂的制备及性能研究

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