1. 序文
省エネルギーや排出削減などの国家戦略の継続的な推進により、石炭火力発電所の排煙脱硝技術は徐々に成熟してきました。大気処理における非電力産業の割合は徐々に増加しており、コーキング、セメント、ガラス、工業用ボイラー、廃棄物焼却など、低温の煙道ガスを排出するものもあります。温度脱窒技術は、現在の脱窒プロセスの重要な方向性です。現在市販されている触媒は主に V2O5-WO3、MoO3/TiO2 で、TiO2 が担体、V2O5 が活性成分、WO3 または MoO3 が活性添加剤です。活性添加剤の添加により、触媒の高温および低温活性が向上し、副反応の発生が効果的に抑制されます。ただし、この触媒は、300 ～ 400 °C の活性温度ウィンドウを持つ中高温触媒です。この温度範囲を下回るか上回ると、触媒の脱窒活性が低下し始め、可逆的/不可逆的な被毒失活が発生します。これは、煙道ガスの排出温度が 300°C 未満の産業のニーズを満たすことができません。排煙再加熱とそれに続く脱窒プロセスを使用すると、エネルギー消費の増加につながります。低温SCR脱窒を使用すると、ダスト除去または脱硫プロセスの後に脱窒プロセスを配置して、触媒に対するすすの摩耗および被毒効果を減らし、煙道ガスの再加熱を回避できます。したがって、エネルギー効率が向上し、運用コストが節約されます。したがって、低温脱窒産業向けの効率的な低温脱窒触媒の性能を研究することは非常に重要です。
2.低温触媒研究開発の方向性
低温脱硝触媒の難しさ。
(1) 低脱窒活性: 脱窒触媒活性は一般に煙道ガス温度が低下するにつれて低下し、温度が 200℃ を下回ると、既存の低温触媒活性が低くなり、脱窒効率が標準以下になり、またリードします。基準を超えるアンモニアの漏出などの二次公害問題へ。
(2) 耐硫黄被毒性能の低下：排ガス中の SO2 や SO3 が触媒の活性ビットと反応し、活性ビットの数が減少し、脱硝性能が低下します。
(3) 重大な閉塞被毒：SO3 の酸化によって生成された排ガス中の SO2 が NH3 と反応して硫黄アンモニウム塩を生成し、これが触媒表面に付着して触媒活性部位を覆い、硫黄アンモニウム塩がさらに煙道ガス中のフライアッシュを吸着し、閉塞を悪化させ、触媒の急速な失活を引き起こします。
(4) 不十分な水蒸気耐性: 低温 SCR 脱窒中、煙道ガスに存在する水蒸気は、物理的競合吸着および化学吸着干渉反応により、触媒の脱窒効率に影響を与える可能性があります。
低温
SCR脱硝触媒
選択的触媒作用、耐用年数、性能安定性、触媒効果に関しては、まだ研究段階にあります。研究中、SO2 と水蒸気は触媒に対して特定の毒性効果を持ち、触媒の調製方法を改善し、適切な触媒活性成分と担体を選択することで、触媒の SO2 と水蒸気に対する耐性を向上させることができます。したがって、低温 SCR 脱窒触媒を実行するには、水蒸気および SO2 耐性に関する詳細な研究が必要です。
3. 国家能源グループの北京低炭素クリーンエネルギー研究所（低炭素研究所）の環境保護技術センターのチームによる低温触媒研究の進展
低炭素研究所の研究者は、活性成分のレドックス性能に対するモレキュラーシーブの酸性効果を最初に発見し、活性部位と酸性部位の「二重活性中心」が関与する低温反応のメカニズムを明らかにし、Nature サブジャーナルに掲載されました。通信化学。この研究の結果は、Nature サブジャーナル Communications Chemistry に掲載されました。
現在、中国の石炭火力発電所の 60% 以上が低負荷であり、VW-Ti 触媒の脱窒活性が低い場合、煙道ガス温度は 300°C を下回ることがよくあります。したがって、低温（<300℃）で高活性を有する脱硝触媒の開発は、石炭火力発電所が新エネルギーの深いピーキングを伴う全負荷脱硝を達成するために重要です。また、低温脱硝技術は、非電力分野での排ガス浄化に大きな需要があります。
マンガン酸化物は、低温脱窒触媒の一般的に使用される活性成分です。一般に、MnO2 は低温脱窒活性が高く、Mn2O3 は N2 選択性が最も優れていると考えられています。脱窒活性と選択性を同時にバランスさせる方法は、マンガンベースの脱窒触媒の分子設計にとって最大の課題になります。一方、高い比表面積と豊富な細孔構造を持つ純粋なシリコンメソポーラスモレキュラーシーブキャリアは、酸性度が低いため、脱窒触媒への応用が制限されます。
これらの問題に対応して、低炭素研究所の脱窒チームの研究者は、オーストラリアのグリフィス大学のクリーン環境およびエネルギーセンターの研究者と協力して、密度に基づく触媒の活性成分の熱力学に関する計算を行いました。 Flooding Theory (DFT) と in situ 赤外線キャラクタリゼーションを研究し、分子シミュレーション ソフトウェア VASP を使用して触媒表面への反応物質の吸着プロセスを調査し、モレキュラーシーブの酸性度が活性メカニズムに大きな影響を与えることを初めて発見しました。活性部位と酸性部位の「二重活性中心」が関与する低温反応のメカニズムも明らかにされました。
この反応メカニズムに導かれ、研究者らは石炭ベースの固体廃棄物フライアッシュ中の Si および Al 元素を使用して、異なる骨格 Si/Al 比を持つ Al-SBA-15 メソポーラス モレキュラーシーブを制御可能に合成し、Py-IR の結果をさまざまなNMR 分析は、Al のドーピングがモレキュラーシーブの酸性度を大幅に改善することを示しました。L 酸と B 酸の相乗効果により、活性成分 MnO の成長が効果的に調節されました。MnO2 と Mn2O3 含有量の最適な比率が得られました。
XRD、XPS、NH3-TPD、HAADF-STEM およびその他の分析試験特性評価法により、Al の導入は、活性成分 MnOx の結晶変換を誘発するだけでなく、その粒子サイズと結晶成長位置も誘発することがわかりました。実験結果は、Fe-Mn/Al-SBA-15 触媒中のマンガンの逃亡状態が NH3-SCR 反応にとってより好ましいことを示しました。
触媒の NH3-SCR 脱窒活性がテストされ、Low Carbon Institute によって調製された脱窒触媒は、低温 (150 ～ 300℃ ℃）。
