1. Önsöz
Enerji tasarrufu ve emisyon azaltma gibi ulusal stratejilerin sürekli olarak desteklenmesiyle, kömürle çalışan enerji santrallerinin baca gazı denitrifikasyon teknolojisi giderek olgunlaştı. Atmosferik arıtmada elektrik dışı enerji endüstrilerinin oranı giderek artıyor ve bazıları kok, çimento, cam, endüstriyel kazanlar, atık yakma vb. gibi düşük sıcaklıkta baca gazı yayar. Bu nedenle, verimli düşük- sıcaklık denitrifikasyon teknolojisi, mevcut denitrifikasyon sürecinin önemli bir yönüdür. Mevcut ticari katalizörler, esas olarak, taşıyıcı olarak TiO2, aktif bileşen olarak V2O5 ve aktif katkı maddesi olarak WO3 veya MoO3 ile V2O5-WO3, MoO3 /TiO2'dir. Aktif katkı maddesinin eklenmesi, katalizörün yüksek ve düşük sıcaklıktaki etkinliğini iyileştirir ve yan reaksiyonların oluşumunu etkin biçimde engeller. Ancak katalizör, 300-400°C'lik bir aktif sıcaklık penceresine sahip orta-yüksek sıcaklıklı bir katalizördür. Bu sıcaklık aralığının altında veya üstünde, katalizörün denitrifikasyon aktivitesi azalmaya başlar ve baca gazı emisyon sıcaklıkları 300°C'nin altında olan endüstrilerin ihtiyaçlarını karşılayamayan geri dönüşümlü/geri dönüşümsüz zehirlenme deaktivasyonu meydana gelir. Baca gazının yeniden ısıtılması ve ardından denitrifikasyon işlemi kullanılırsa, enerji tüketiminin artmasına neden olacaktır. Düşük sıcaklıkta SCR denitrifikasyonunun kullanılması, kurumun katalizör üzerindeki aşınmasını ve zehirlenme etkisini azaltmak, baca gazının yeniden ısıtılmasını önlemek için toz giderme veya kükürt giderme işleminden sonra denitrifikasyon işlemini yerleştirebilir, ve böylece enerji verimliliğini artırır ve işletme maliyetlerinden tasarruf sağlar. Bu nedenle, düşük sıcaklıkta denitrifikasyon endüstrisi için verimli düşük sıcaklıkta denitrifikasyon katalizörlerinin performansını incelemek çok önemlidir.

2.Düşük sıcaklık katalizörü Ar-Ge yönü
Düşük sıcaklıkta denitrifikasyon katalizörlerinin zorlukları.
(1) Düşük denitrifikasyon aktivitesi: baca gazı sıcaklığı azaldıkça denitrifikasyon katalizörü aktivitesi genellikle azalır ve sıcaklık 200°C'nin altına düştüğünde, mevcut düşük sıcaklıktaki katalizör aktivitesi düşüktür, bu da denitrifikasyon verimliliğinin standart altı olmasına neden olur ve ayrıca kurşun standartların üzerinde amonyak kaçışı gibi ikincil kirlilik sorunlarına;
(2) Zayıf anti-kükürt zehirlenmesi performansı: Baca gazındaki SO2 ve SO3, katalizörün aktif bitleri ile reaksiyona girerek, aktif bitlerin sayısının azalmasına ve denitrifikasyon performansının düşmesine neden olur.
(3) Ciddi tıkanıklık zehirlenmesi: SO3'ün oksidasyonu ile oluşan baca gazındaki SO2, NH3 ile reaksiyona girerek kükürt amonyum tuzları üretecek ve bu tuzlar katalizör yüzeyine yapışarak katalizör aktif bölgesinin kaplanmasına neden olacak ve kükürt amonyum tuzları ayrıca baca gazındaki uçucu külü adsorbe ederek tıkanmayı şiddetlendirir ve hızlı katalizör deaktivasyonuna yol açar.
(4) Zayıf su buharı toleransı: Düşük sıcaklıkta SCR denitrifikasyonu sırasında, baca gazında bulunan su buharı, fiziksel rekabetçi adsorpsiyon ve kimyasal adsorpsiyon girişim reaksiyonları yoluyla katalizörün denitrifikasyon verimliliğini etkileyebilir.
Düşük sıcaklık SCR denitrifikasyon katalizörleri seçici kataliz, hizmet ömrü, performans kararlılığı ve katalitik etki açısından halen araştırma aşamasındadır. Araştırma sırasında, SO2 ve su buharının katalizörler üzerinde belirli toksik etkileri vardır ve katalizörlerin SO2 ve su buharı toleransı, katalizör hazırlama yöntemleri geliştirilerek ve uygun katalizör aktif bileşenleri ve taşıyıcıları seçilerek geliştirilebilir. Bu nedenle, su buharı ve SO2 direncine göre düşük sıcaklıklı SCR denitrifikasyon katalizörlerini gerçekleştirmek için derinlemesine araştırmalara ihtiyaç vardır.

3. Ulusal Enerji Grubu Pekin Düşük Karbonlu Temiz Enerji Araştırma Enstitüsü (Düşük Karbon Enstitüsü) Çevre Koruma Teknoloji Merkezi ekibi tarafından düşük sıcaklıkta katalizör araştırmasının ilerlemesi
Düşük Karbon Enstitüsü araştırmacıları ilk olarak moleküler eleklerin aktif bileşenin redoks performansı üzerindeki asidik etkisini keşfettiler ve Nature dergisinde yayınlanan aktif ve asidik bölgelerin "çift aktif merkezini" içeren düşük sıcaklıktaki reaksiyon mekanizmasını ortaya çıkardılar. İletişim Kimyası. Bu çalışmanın sonuçları Nature alt dergisi Communications Chemistry'de yayınlandı.

Şu anda, Çin'deki kömürle çalışan birimlerin %60'ından fazlası düşük yüktedir ve VW-Ti katalizörlerinin denitrifikasyon aktivitesinin zayıf olduğu durumlarda baca gazı sıcaklığı genellikle 300°C'nin altındadır. Bu nedenle, düşük sıcaklıkta (<300 ℃) yüksek aktiviteye sahip denitrifikasyon katalizörlerinin geliştirilmesi, yeni enerjinin derin zirvesi ile tam yük denitrifikasyonunu sağlamak için kömürle çalışan enerji santrallerini desteklemek için önemlidir. Ayrıca düşük sıcaklıkta denitrifikasyon teknolojisi, elektrik dışı alanlarda baca gazı temizliği için büyük talep görmektedir.

Manganez oksitler, düşük sıcaklıklı denitrifikasyon katalizörlerinin yaygın olarak kullanılan bir aktif bileşenidir. Genellikle MnO2'nin yüksek düşük sıcaklıkta denitrifikasyon aktivitesine sahip olduğuna inanılırken, Mn2O3'ün en iyi N2 seçiciliğine sahip olduğuna inanılmaktadır. Denitrifikasyon aktivitesi ve seçiciliğin aynı anda nasıl dengeleneceği, manganez bazlı denitrifikasyon katalizörlerinin moleküler tasarımı için en büyük zorluk haline gelir. Bu arada, yüksek spesifik yüzey alanına ve zengin gözenek yapısına sahip saf silikon mezo gözenekli moleküler elek taşıyıcı, düşük asitlik nedeniyle denitrifikasyon katalizindeki uygulamasını sınırlar.

Bu sorunlara yanıt olarak, Düşük Karbon Enstitüsü'nün denitrifikasyon ekibinden araştırmacılar, Avustralya'daki Griffith Üniversitesi Temiz Çevre ve Enerji Merkezi'nden araştırmacılarla işbirliği içinde, yoğunluğa dayalı katalizörlerin aktif bileşenlerinin termodinamiği üzerinde hesaplamalar yaptılar. taşma teorisi (DFT) ve in situ kızılötesi karakterizasyonu ve moleküler simülasyon yazılımı VASP kullanılarak katalizör yüzeyinde reaktan adsorpsiyon sürecini araştırdı ve ilk kez moleküler eleklerin asitliğinin aktif üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu buldu. aktif ve asidik bölgelerin "çift aktif merkezlerini" içeren düşük sıcaklık reaksiyonunun da ortaya çıktığı ortaya çıktı.

Bu reaksiyon mekanizması tarafından yönlendirilen araştırmacılar, farklı iskelet Si/Al oranlarına sahip Al-SBA-15 mezogözenekli moleküler elekleri kontrollü bir şekilde sentezlemek için kömür bazlı katı atık uçucu küldeki Si ve Al elementlerini kullandılar ve Py-IR'nin sonuçları çeşitli ile birleştirildi. NMR analizleri Al dopinginin moleküler elek asitliğini önemli ölçüde iyileştirdiğini gösterdi; ve L ve B asitlerinin sinerjistik etkisi, aktif bileşen MnO'nun büyümesini etkin bir şekilde düzenlemiştir. MnO2 ve Mn2O3 içeriğinin en uygun oranı elde edilmiştir.

Al'in eklenmesinin sadece aktif bileşen MnOx'in kristal dönüşümünü indüklemediği, aynı zamanda XRD, XPS, NH3-TPD, HAADF-STEM ve diğer analitik test karakterizasyon yöntemleri ile tane boyutunu ve kristal büyüme pozisyonunu da indüklediği bulundu. Deneysel sonuçlar, Fe-Mn/Al-SBA-15 katalizöründeki manganezin kaçak durumunun NH3-SCR reaksiyonu için daha uygun olduğunu gösterdi.

Katalizörlerin NH3-SCR denitrifikasyon aktivitesi test edilmiş ve Düşük Karbon Enstitüsü tarafından hazırlanan denitrifikasyon katalizörlerinin düşük sıcaklıklarda (150-300) hem yüksek NOx dönüşümüne (≥%90) hem de iyi seçiciliğe (≥86%) sahip olduğu bulunmuştur. °C).