本文总结了国内外在降低钒基脱硝催化剂SO2氧化率的研究进展，并探讨了相关技术工业转化的可行性，为开发具有工业应用价值的低SO2氧化率钒基脱硝催化剂提供指导。
作者
李文华1，尹顺利2，金震楠2，薛东武2，周 文2，赵会民2
作者单位
1. 浙江浙能温州发电有限公司
2. 浙江浙能催化剂技术有限公司
摘要
SO 3 是燃煤机组烟气关键污染物之一，影响机组稳定运行、大气环境质量和人类健康。笔者总结了控制商用SCR脱硝催化剂SO 2 氧化率的研究进展，包括孔结构调整、隔离层、降低壁厚、形态调整等物理方案，以及载体、助剂、活性组分及表面酸性优化等化学方案。由于受动力学因素影响(扩散控制)，脱硝反应仅发生在催化剂表面75～100 μm厚度以内(脱硝区域)，而SO 2 氧化反应可在整个壁厚内发生(区域)，因此减少参与SO 2 氧化反应的活性组分数量是物理方案的主要内容。在钒基脱硝催化剂中，活性组分V 2 O 5 既可以选择性催化还原NO x ，也可将SO 2 催化氧化为SO 3 ，调控活性组分与载体的相互作用，使NH 3 、SO 2 在催化剂表面形成竞争吸附，抑制催化剂对SO 2 的吸附，降低活性物种氧化还原能力，是化学方案的有效方法。物理方案较适用于板式脱硝催化剂，而化学方案对于催化剂结构无特殊要求，且化学方案较物理方案具有更好的效果。
各技术方案主要基于脱硝反应属于气固非均相催化反应体系特点，从氨气、SO 2 等反应物扩散、吸附、氧化还原反应等多种角度出发对催化剂配方、物理结构进行优化调整，从而实现脱硝主反应活性 K (NO x )与SO 2 氧化副反应活性 K (SO x )的平衡。在商用低SO 2 氧化率脱硝催化剂开发中，可综合考虑扩散、吸附、氧化还原能力等多种因素对催化剂性能的影响，同时采取多种方案对催化剂进行改性，在保证催化剂脱硝性能的前提下，显著降低催化剂的SO 2 氧化率。在燃煤机组超低排放要求下，脱硝催化剂使用量或催化剂中活性组分含量明显增加，脱硝系统对SO 2 氧化率由1%升高到1.5%左右。同时考虑到超低排放要求下后端处理设备对SO 3 脱除的压力，新型脱硝催化剂SO 2 氧化率至少应降低1/3以上。
文中插图
图1 催化剂不同壁厚反应类型
图2 可能的钒基催化剂催化氧化SO2反应生成SO3的化学机理
图3 脱硝活性、SO2氧化活性与V2O5含量关系
结语与展望
在燃煤烟气中，SO3及硫酸气溶胶、硫酸氢铵等副产物对设备、催化剂、大气质量具有较为严重的负面影响，脱硝催化剂的使用是导致烟气中SO3浓度升高的重要原因之一。在降低SCR脱硝催化剂SO2氧化率方面，国内外已经研究形成大量成果。
1）物理方案主要是通过调整催化剂孔结构、活性组分分布位置、降低催化剂壁厚或引入隔离层等方法抑制催化剂SO2氧化副反应的发生。其中，调整催化剂壁厚、微观孔结构的方法适用于板式催化剂，因为2种方法不会对其机械强度等造成不利影响，而受机械强度等指标的影响，本技术不适用于蜂窝式脱硝催化剂。合理控制活性组分分布的方案适用于所有类型催化剂，但对制备工艺要求较高，且要求催化剂具有较好的抗磨损性能，否则催化剂表层被磨损脱落后，裸露的内部催化剂不具备催化活性，催化剂性能将出现断崖式下降。设计隔离层方案同样适用于所有类型催化剂，但距工业应用还有较大距离。
2）化学方案主要是优化载体、助剂、活性组分等方法优化催化剂的脱硝选择性。化学方法的本质是调控活性组分与载体的相互作用，使NH3、SO2在催化剂表面形成竞争吸附，抑制催化剂对SO2的吸附、降低活性物种氧化还原能力，从而实现降低催化剂SO2氧化率的目的。可调整V2O5-WO3/TiO2催化剂V—O—M氧桥氧的碱性主要是在现有体系中加入改性剂，如硅溶胶、MoO3中的一种或2种，从而降低催化剂的SO2氧化率。
3）低SO2氧化率脱硝催化剂开发的难点在于催化剂脱硝主反应活性(K(NOx))与SO2氧化副反应活性(K(SOx))的平衡，即实现K(NOx)/K(SOx)的最大化。在商用低SO2氧化率脱硝催化剂开发中，可综合考虑扩散、吸附、氧化还原能力等多种因素对催化剂性能的影响，同时采取多种方案对催化剂进行改性，在保证催化剂脱硝性能情况下，显著降低催化剂的SO2氧化率。
4）在燃煤机组超低排放要求下，脱硝催化剂使用量或催化剂中活性组分含量明显增加，脱硝系统对SO2氧化率由1%升高到1.5%左右。同时考虑到超低排放要求下后端处理设备对SO3脱除的压力，新型脱硝催化剂SO2氧化率至少应降低1/3以上。
引文格式
李文华，尹顺利，金震楠,等.钒基脱硝催化剂SO 2 氧化率控制研究进展[J].洁净煤技术，2019，25(5):8-16.
LI Wenhua,YIN Shunli,JIN Zhennan,et al.Research progress on the control of SO 2 oxidation rate over vanadium based denitrification catalyst[J].Clean Coal Technology，2019，25(5):8-16.
END
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