脱氮催化剂的综述
摘要本文介绍了选择性催化还原(scr)、nsr技术、催化加氢脱氮(hdn)技术的反应机理,并对3种催化脱氮技术的发展前景作了展望。
关键词scr;nsr;hdn;反应机理;展望
中图分类号x5 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)23-0134-02
0 引言
nox作为废气是形成化学光雾和酸雨等环境问题的原因之一,因
此有效处理排放的nox是我国急需解决的大气问题。
氮氧化物可采用多种催化方法处理,如选用选择性催化还原(scr)技术、nsr技术、催化加氢脱氮(hdn)技术等。
1 脱氮催化剂及反应机理
下面介绍了scr、nsr、hnd三种催化脱氮技术的反应机理及其使用的催化剂。
1.1 scr技术
1.1.1 scr的反应机理
scr化学反应主要是在催化剂存在的条件下,采用氨或甲烷、乙烯、丙烷、丙烯等碳氢化合物等作为还原剂,将烟气中的nox催化还原为n2。
其反应可表示如下:
4nh3+4no+o2→4n2+6h2o
4nh3+2no+o2→3n2+6h2o
该法效率高、选择性好,广泛应用于发达国家。
但该技术有一个缺点——催化剂成本较高。
1.1.2 scr的催化剂
在scr技术中,可采用3种不同类型的催化剂:贵金属催化剂,金属氧化物催化剂和离子交换的沸石分子筛催化剂。
应用最广泛的是金属氧化物,该种催化剂大都是负载在锐钛矿晶型二氧化钛上的钒氧化物,并以钨与钼作为辅助催化剂,该催化剂体系还原和氧化性能最佳。
在烟气温度较低的场合适宜使用贵金属型催化剂,可节省能量,且占地小。
1.2 nsr技术
典型nsr催化剂一般由贵金属,碱金属或碱土金属和载体组成。
氧化还原组分为贵金属(如pt),储存组分微碱土金属氧化物(如bao),载体主要是采用γ-al2o3。
因此,nsr催化剂具有氧化还原和储存双功能,作用机理如图所示:
1.3 hdn技术
1.3.1 hdn的反应机理
一般来说,hdn的脱氮过程主要涉及以下3类反应:
1)杂环的饱和;
2)芳环的加氢饱和;
3)c—n键的氢解断裂。
其中,前两类类反应属于加氢反应,第三类反应是hdn反应得关键步骤。
因此,要求催化剂要满足2)、3)的反应要求,即需具有加氢和
c—n键断裂2种功能。
在hdn反应中,加氢反应是可逆反应,而正常反应条件下的c—n键断裂为不可逆反应。
1.3.2 hdn的催化剂
1)金属活性组分
过渡金属元素具有未填满的d电子层,使反应物和催化剂之间能形成共价键,从而使之具有催化活性。
在hdn的加氢脱氮过程中,常以双金属作为活性组分,使它们之间能够相互协同,以产生较好催
化活性。
2)载体
加氢催化剂的载体分为中性载体和酸性载体。
中性载体可采用活性氧化铝、硅藻土、活性炭等;酸性载体主要采用硅酸铝、硅酸镁、分子筛、活性白土等,载体可以为活性组分提供较大的比表面,使活性组分分散良好。
这样的催化剂体系具有一定机械强度,其机械性状和大小也较符合流体力学条件。
目前,在工业上采用的加氢精制催化剂一般是以al2o3为载体,这种催化剂组织结构良好,热稳定性也较好。
但其也有确定,因为这种载体与活性组分间可形成较强的作用,对催化活性位的形成不利。
近些年来也在研究和开发其他的载体替代al2o3载体。
2 前景展望
目前,虽然国际上scr技术已日渐成熟,但在氧化气氛下还原nox 仍是一项值得研究的技术。
如何提高选择性还原nox的效率,亦是研究的主要课题之一。
就研究现状而言,研究者还需在以下几个方
面开展工作:1)并提高催化剂机械性能的实用性;2)使nox得还原效率进一步增强;3)需对催化剂作用机理加深理解,如电子相互作用,精确的动力学和反应机理模型等。
对于hdn催化剂,研究者需提高和改善其性能,使其具有更高的活性,需要加强以下几个方面的研究:1)为改变催化剂载体酸性添加
助剂,从而减小载体和活性组分的相互作用,使活性组分分散良
好;2)使用新的载体代替al2o3,以弥补氧化铝某方面的不足,使催
化体系具有更优良的性能;3)使用新型活性组分,取代原有的加氢
脱氮活性组分;4)对催化剂及载体的制备工艺进行相关改进,以提
高催化剂体系的整体性能。
3结论
当前,我国已经迈入了节能减排新时期,减少烟气中nox的污染已迫在眉睫。
面对这一任务,我们一方面要对烟气的燃烧技术进行改进,抑制抑制nox的生成;另一方面我们要加强对排烟中nox的净化处理。
随着我国一些相关政策法规的实施以及烟气脱氮技术的发展,我国烟气脱氮将进入一个全新的发展时期。
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