燃机脱硝催化剂制备与性能研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

由于燃气机组以及余热锅炉在结构特点和运行方式上与燃煤机组有很大不同，对催化剂的要求也十分不同。要求催化剂具有高的低温活性和抗水性，成型方面要求比表面积大，机械强度高。根据催化剂布置位置的不同，燃机催化剂主要分为高温、中温、低温催化剂三种，分别对应400-550℃、250-400℃、200-350℃。低温催化剂主要布置在余热锅炉尾部或出口烟气，此时烟气温度低至200℃，常规催化剂在此温度下通常活性较低，且由于烟气含水量较高，低温条件下催化剂的抗水性也需进一步提高，主要为Mn基、Ce基、Cu基等催化剂。中温及中低温催化剂（250℃~400℃）主要布置于余热锅炉相应温度的区间内，以钒系催化剂为主。由于结构紧凑，催化剂布置的空间狭小，且喷入的氨气与烟气混合距离较短，因此对催化剂孔数及喷氨设施要求较高。高温催化剂直接用于处理燃机出口烟气，此时烟气温度普遍较高，可达500℃以上，常规钛基催化剂在此温度下易发生烧结，导致活性急剧降低甚至完全失活。研究主要集中于分子筛、陶瓷和堇青石等材料为载体的催化剂上，此类催化剂抗中毒（K、Na）、抗老化性能较好。

目前，众多研究人员与机构对燃机脱硝催化剂做了大量实验研究，获得了许多重要研究成果。考虑到燃气机组独特的烟气工况及设备结构特点，燃机催化剂应具有较高的活性、稳定性和抗水性，成型方面要求比表面积大，机械强度高。相关研究主要有以下几个方面：

1.脱硝催化剂组分的研究

（1）低温燃机脱硝催化剂

任爱玲等采用浸渍法制备了不同Ce与Mn质量比的Ce-Mn/ZSM-5催化剂，并研究其理化特性和NH₃-SCR反应的低温脱硝性能。借助X射线衍射、扫描电镜、N₂吸附/脱附、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体光谱等手段对催化剂表征分析表明，活性组分分散良好，且主要分布在催化剂表面，其中Mn以其多种氧化物形态存在，Ce多以Ce³ 的形式存在。脱硝性能测试表明，Ce的质量分数影响催化剂脱硝性能，当Ce与Mn质量比为0.4时，Ce-Mn/ZSM-5催化活性最佳，在100~300℃之内，脱硝效率一直保持在90%以上。适量Ce的引入增加了催化剂表面吸附氧含量，促使低温下反应加速进行。

Min Kang等等通过共沉淀法制备了Cu-Mn催化剂，试验显示n（Mn）/n（Cu）＞25时，催化剂在50～200℃时NO_x转化率接近100%，且有较好的抗H₂O性。BET和XRD表征结果显示：Cu-Mn催化剂的催化活性主要取决于比表面积和结晶特性。Jiang等通过溶剂热法合成Cu-MOF-74-iso-80（共溶剂为异丙醇，制备温度80℃），在230℃下具有97.8%的NO转化率和100%的N₂选择性。表征结果显示，Cu-MOF-74具有较大的比表面积和较强的NH₃吸附能力。通入5%H₂O时催化剂活性有一定程度的降低，但随着H₂O的移除，NO_x转化率迅速恢复。

1. 中温催化剂

目前市场上燃机催化剂主要为中温催化剂（250℃~400℃），主要布置于余热锅炉相应温度的区间内，以钒钛系为主,活性温度窗口在300~350℃。

主要代表有美国康宁生产的蜂窝式催化剂和丹麦托普索生产的波纹板式催化剂。美国康宁生产的70孔蜂窝式催化剂，以V/W/TiO₂为活性组分，在300℃~350℃的温度区间内可以达到95%以上的脱硝效率，催化剂质量和性能，完全满足国内燃机脱硝应用要求。日本三菱日立生产的SCR脱销催化剂（板式和蜂窝式）适用于多种不同燃料锅炉、余热锅炉，对于燃气轮机及其联合循环机组，最大脱硝效率可达95%，氨气逃逸小于2ppm，具有很好的稳定性和抗中毒性。丹麦托普所生产的V/W/TiO₂波纹板式催化剂，在300℃~350℃区间内具有90%以上的效率，在国内脱硝催化剂供应市场占有率较高。

科莱恩公司研发的钒基SCR催化剂，以V₂O₅-WO₃/TiO₂为主要活性组分，工作温度区间为260℃~400℃，脱硝效率大于95%，适合布置于燃气-蒸汽联合循环机组中余热锅炉中与该温度区间相匹配的区域。