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2.烧结失活 主要为在
450℃以上的高温 环境,会引起催化 剂活性位置烧结, 导致催化剂颗粒增 大, 表面积减小, 因而使催化剂活性 降低。
作为SCR催化剂的载体和活性元素,必须在 一定的温度范围内有良好的热稳定性能,以避免催 化剂在长期使用过程中出现微晶结构发生变化而造 成烧结的现象,从而导致比表面积的丧失,并最终 致使脱硝活性下降。在钛基钒类商用催化剂中通常 加入WO3来最大限度地减少催化剂的烧结。
在SCR系统中选用TiO2作为催化剂的载体,其主要 原因有: (1)钒的氧化物在TiO2的表面有很好的分散度。 (2)TiO2抗硫化能力强,且硫化过程可逆。
目前广泛采用的催化剂成分:
商业应用的催化剂是分散在TiO2上,以V2O5为主要活性组分, WO3或MoO3为助催化剂的钒钛体系,即V2O5一WO3/TiO2或 V2 O5一MoO3/TiO2。其中WO3或MoO3占5%~10%,V2O5 占1%~5%,TiO2占绝大部分。催化剂活性以V2O5最高,加 入WO3或MoO3作为助催化剂,在保持催化还原NOX活性的基 础上尽可能减少对SO2的催化氧化。助催化剂的加入提高水 热稳定性,抵抗烟气中As等有毒物质。
3.催化剂的积碳失活 催化剂使用过程中,因表面逐渐形成炭的沉积物
而使催化剂活性下降的过程称为积炭失活。随着积炭 量的增加,催化剂的比表面积、孔容、表面酸度及活 性中心数均会相应下降,积炭量达到一定程度后将导 致催化剂的失活。积炭越快,催化剂的使用周期越短。 与催化剂中毒相比,引起催化剂积炭失活的积炭物量 比毒物量要多得多,积炭在一定程度上有延缓催化剂 中毒作用,但催化剂的中毒会加剧积炭的发生。与单 纯的因物理堵塞而导致的催化剂失活相比,积炭失活 还涉及反应物分子在气相和催化剂表面的一系列化学 反应问题。
(3)机械稳定性:固体催化剂抵抗气流产生的冲击力、摩 擦力、承受上层催化剂的质量负荷的作用、温度变化作用 及变应力作用的能。
(4)化学稳定性:指催化剂能保持稳定的化学组成和化合 状态的性能。
工业催化剂的使用寿命:是指在给定的设计操作条件下, 催化剂能满足工艺设计指标活性的持续时间(总寿命)。
工业催化剂在运行过程中其活性将逐渐下降,为了维持 相同的转化率以满足生产要求,工业上常提高反应温度来达 到此目的。通常以一稳定运转时间内温度的增加,即升温速 率来表示失活率,单位℃/h。
二、催化剂的性能 固体催化剂的性能主要是指它的活性、选择性、稳 定性和再生性,这是衡量催化剂质量最直观、最有 现实意义的参数。
1.催化剂活性 催化活性是指催化剂加快NOX还原反应速率的一种量度。换 句活说,催化剂活性是指有催化剂存在时的反应速率与无催 化剂存在时的反应速率之差。
2.选择性 当反应按热力学可能同时发生几个不同的反应时,某 一种催化剂只能加速某一特定的反应,而不能加速所有反 应,这种性质称为催化剂选择性。
3.催化剂稳定性 催化剂在化学反应中保持活性的能力为催化剂稳定性。稳定 性包括热稳定性、机械稳定性和抗毒性,它们共同决定了催 化剂在工业装置中的使用期限。
(1)热稳定性 :大多数催化剂都有极限使用温度,超过一 定的范围,活性就会降低甚至完全损失的性质。
(2)抗毒稳定性:催化剂对有害杂质毒化的抵抗能力。
4.催化剂的可再生性 催化剂的性能降低甚至失活后又能再次(或多次)得以部分 乃至完全恢复的特性称为催化剂的可再生性。
催化剂的可再生性既与催化剂原有的组分构成元素、 配比、结构、比表面积等有关,也与催化剂的操作工况及 实际失活程度有关。
三、催化剂的失活
催化剂在使用过程中随着时间的延续,其 活性会逐渐下降,下降到一定程度后就不能再 继续使用了。从开始使用到不能使用的这段时 间通常称为催化剂的“寿命”。催化剂活性和 选择性下降的过程,也常称为催化剂“老化”。
在SCR系统催化剂中, WO3或MoO3是助催化剂。 WO3的含量很大,有时高达10%(质量分数),其 主要作用是增加催化剂的活性和热稳定性。在SCR 反应中,加入MOO3能提高催化剂的活性,而另一个 特殊的作用是防止烟气中AS催化剂中毒。
3.载体 载体主要对催化剂活性组分及催化剂起机械承载作用,并 可增加有效的催化反应表面积及提供合适的孔结构,通常 能显著地改善催化剂的活性与选择性,提高催化剂的抗磨 蚀,抗冲击和受压的机械强度,增强催化剂的热稳定性和 抗毒能力,减少催化剂活性组分的用量,降低催化剂的制 备成本,并使催化剂具备适宜的形状和颗粒。有的载体还 具有少量的催化活性。
一、固体催化剂组成
固体催化剂的组成从成分上可分为单组元和 多组元催化剂,其中多组元催化剂在工业上使用 较多,它由多种物质组成,根据这些物质在催化 剂中的作用可分为主催化剂、共催化剂、助催化 剂和载体。
1.主催化剂 主催化剂又称为活性组分,它是多元催化剂的主体, 是必备的组分,没有它就缺乏所需的催化作用。
催化剂相关知识
催化剂是一种化学物质,它能影响热力 学上可能的反应过程,具有加速作用和定 向作用,而反应之后本身没有变化,不改 变热力学平衡。
催化剂作用特征: (1)加快化学反应速度,控制反应方向。加快化
学反应速度是催化剂最为显著的特征。 (2)催化作用不能改变化学平衡和反应热。 (3)催化作用有特殊的选择性。
V2O5是SCR商用催化剂中最主要的活性组分。钒的 负载量可能不尽相同,在SCR系统中负载量不能太 大,这主要是因为V2O5也能将SO2氧化成SO3,这 对SCR反应是不利的。
2.助催化剂 助催化剂是加入催化剂中的少量物质,这种物质本 身没有活性或活性很小,但却能显著地改善催化剂 的效能,包括催化剂活性、选择性和稳定性等。

催化剂失活的原因
由于受到烟气中的气体成份、 烟尘和温度等因素的影 响, 催化剂的活性一般都会随着时间的延长而降低。 引起催化剂失活的原因有堵塞、中毒、烧结和磨蚀磨 损等,其中堵塞和中毒是引起失活的主要原因。
1.中毒失活 在低飞灰情况下,催化剂活性降低的主要原因是中 毒,烟气中的碱金属, 碱土金属, As, 卤素等容易引 起催化剂中毒。 (1)Na, K等碱金属占据了催化剂酸性中心, 导致反 应活性下降; (2) As2O3扩散进入催化剂表面并堆积在其中的小 孔中, 引起催化剂活性降低; (3)飞灰中游离CaO与SO3反应, 可吸附在催化剂 表面, 形成CaSO4, 阻止了反应物向催化剂表面的扩 散及进入催化剂内部,降低催化剂的活性。
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