鐘標城 張 輝 陳碧峰 鐘小玉
(河源市清潔生產中心,廣東 河源517000)
氮氧化物 (NOX)是大氣的主要污染物之一。選擇性催化還原(SCR,Selective Catalytic Reduction)技術是目前最好的煙氣NOX脫除方法。低溫SCR催化劑的開發有利于降低操作成本以及便于將SCR裝置與我國現有鍋爐匹配。從目前的研究成果看,Mn基催化劑擁有優良的低溫活性,并顯示出一定的抗毒能力;另一方面,Fe基催化劑具有價格低廉、易獲得等優勢,具有廣泛的應用前景。本文對鐵、錳雙金屬組分催化劑的低溫活性做了初步探索,為開發高效廉價的低溫SCR實用型催化劑提供參考。
實驗采用檸檬酸法和浸漬法分別制備了系列Fe(n)-MnOx氧化物催化劑和不同金屬組分比例的Fe-Mn/ZSM-5負載型催化劑,氧化物催化劑和負載型催化劑分別在400℃和600℃溫度下焙燒成型。
在連續流動態固定床微型反應裝置上進行催化劑氨氣選擇催化還原NO反應性能評價?;钚詫嶒灧磻獥l件:氧化物催化劑和負載型催化劑的空速條件分別為30000h-1和12000h-1,反應氣體體積組成為1000ppmNO,1000ppmNH3,5%O2,He作為平衡氣。反應物和產物由煙氣分析儀分析,即用煙氣分析儀測定NO的濃度,計算出轉換率并作為評價催化劑活性的依據。
實驗條件下,Fe(n)-MnOx系列氧化物催化劑的活性評價結果如圖1所示。圖1中可以分析得出,在整個低溫區間中,相對于其他組分含量復合氧化物催化劑而言,Fe(0.3)-MnOX復合氧化物具有理想的催化活性,在100℃時NO的轉化率已達90%以上,120℃下NO基本完全被還原。
圖1 不同組分含量復合金屬氧化物催化劑在低溫區內的NO轉化率
圖2中可以分析得出,在低溫區域,不同Fe/Mn摩爾比的Fe-Mn/ ZSM-5催化劑的催化活性差別較為顯著,從圖中可以清晰看出,Fe/ Mn=1:1的Fe-Mn/ZSM-5催化劑為最佳配比,此時催化活性在低溫段最好,并且在140℃至270℃的溫度區間內,都能保持80%以上的NO轉化率,超過此配比,即鐵含量或錳含量的增加并不會提高催化劑的催化活性。
圖2 不同比例活性組分改性H-ZSM-5分子篩催化劑上NO催化活性
在氧化物催化劑中選取Fe(0.3)-MnOX催化劑,在負載型ZSM-5催化劑中選取Fe/Mn=1:1的Fe-Mn/ZSM-5催化劑進行比較。
將實驗數據進行整理對比,結果如表1所示。
表1 Fe(0.3)-MnOX催化劑與Fe-Mn/ZSM-5(Fe/Mn=1∶1)催化劑的催化性能比較
從表1中可以看出,在低溫段(<300℃)內,Fe-Mn復合金屬催化劑及其Fe-Mn雙金屬負載型分子篩催化劑都具有比較高的催化活性,其NO轉化率都能在較低溫度下迅速達到80%以上。兩者相比較可得,復合金屬氧化物催化劑的催化表現更佳??赡苁且驗榻饘倩钚越M分經負載于ZSM-5后,具有催化活性的Fe-Mn組分百分比下降,導致其在催化活性表現方面不如復合金屬氧化物催化劑。
Fe-Mn是比較理想的SCR低溫活性組分,實驗的兩種復合型催化劑在低溫段都有著良好的NO催化還原活性。Fe(0.3)-MnOx復合金屬氧化物催化劑和負載型Fe 3%-Mn 3%/ZSM催化劑最符合本文最初要求。其具有較好的低溫活性。
[1]沈伯雄,梁材.煙氣低溫SCR脫銷技術的現狀與展望[J].南開大學,2006.
[2]張浩,龔凡.鐵系金屬氧化物催化還原NOX性能研究[J].哈爾濱工程大學, 2007.
[3]韋正樂,黃碧純,葉代啟,徐雪梅.煙氣NOx低溫選擇性催化還原催化劑研究進展[J].化工進展,2007,26(3):320-325.
[4]Silver R G,Stefanick M O,Todd B I,et al.A study of chemical aging effects on HDD Fe–zeolite SCR catalyst[J].Catalysis Today,2008,72:142~149.
[5]劉振林,屠兢,伏義路.以金屬氧化物為活性組分的ZSM-5催化劑上NO選擇性還原研究[J].催化學報,5,21:3-5.
[6]Lee J Y,Hong S H,Cho S P,et al.The study of deNOx catalyst in low temperature using nano-sized supports[J].Current Applied Physics,2006,6:996-100.