選擇性催化還原技術在廢氣脫硝中的應用效果研究

關鍵詞：選擇性催化還原（SCR）；脫硝；催化劑；工藝參數

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）04-0018-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.04.004

Research on the Application Effect of Selective Catalytic Reduction Technology in Exhaust Gas Denitrification

WANGFei，LUGuangqi （Dingtao District Branch of Heze Ecological Environment Bureau，Heze2741Oo，China）

Abstract：Toaddresstheissueofnitrogenoxideemissions from industrialenterprisessuchas thermal powerplantsand cementplants，Selective CatalyticReduction （SCR）technology isadoptedforexhaust gasdenitrificationtreatment.Studythe influenceofdiferentcatalysttypes，reactiontemperatures，spacevelocities，andotherprocessparametersondenitrification efficiency through experiments.Research has shown that moisture and SO have a certain impact on catalyst activity，but stable operation can beachieved through processoptimization; through optimized temperature regulationstrategy，the fluctuation range of denitrification eficiency is controlled within ± 3 % ，and the system utilization rate reaches 97 % . All technicalindicators metenvironmentalprotectionrequirements.SCR technologyhasdemonstrated excellentdenitrification efficiency and cost-effectiveness in industrial applications.

Keywords： Selective Catalytic Reduction （SCR）; denitrification; catalyzer; process parameter

1試驗部分

工業生產過程中排放的氮氧化物（ ）已成為全球關注的環境污染物。 排放會引發酸雨、光化學煙霧等環境問題，對人體呼吸系統和心血管系統造成嚴重危害。面對日趨嚴格的環保政策和減排要求，發展高效脫硝技術成為工業領域的重要課題[-3]。選擇性催化還原（SelectiveCatalyticReduction，SCR）技術因其優異的脫硝效率和運行穩定性，在火電、水泥等行業得到廣泛應用。深入探究其作用機理和影響因素，對于優化工藝參數、提升脫硝效率、降低運行成本具有重要的理論和實踐價值[4-5]

1.1試驗裝置與材料

試驗裝置由氣體供給系統、反應器系統和尾氣分析系統組成。氣體供給系統包括NO、 、 、 和 氣瓶，氣體流量由質量流量計（Brooks5850E）控制。反應器采用內徑為 2 0 m m 的石英管，置于管式電爐中加熱，溫度由K型熱電偶和比例-積分-微分（Proportional IntegralDerivative，PID）溫控儀控制，溫度誤差為 。催化劑床層高度為 2 0 m m ，上下用石英棉固定。尾氣分析采用MRUOPTIMA7型煙氣分析儀在線檢測 濃度。 催化劑由浸漬法制備，原料包括偏釩酸銨、偏鎢酸銨和二氧化鈦。

1.2試驗方法

試驗前將催化劑壓片、破碎，篩取 4 0 ～ 6 0 目顆粒裝入反應器。采用程序升溫方式進行活性評價，升溫速率為 ，反應溫度為 ，每隔 記錄數據點。空速通過調節氣體流量和催化劑用量改變，研究范圍為 。水分影響試驗通過氣泡裝置引入水蒸氣，含量為 0 % ～ 1 0 % 。催化劑表征采用X射線衍射（X-RayDiffraction，XRD）、BET（Brunauer-Emmett-Teller）、掃描電子顯微鏡-能量色散X射線光譜（ScanningElectronMicroscopy-Energy Dispersive Spectroscopy，SEM-EDS）等方法分析物相組成、比表面積和形貌特征。每組試驗重復測試3次，確保數據可靠。

1.3分析測試方法

催化劑活性評價以 轉化率 B 為主要指標，計算公式為

式中： 為反應器入口的 濃度， ; 為反應器出口的 濃度， 。

催化劑物相結構采用D8ADVANCE型X射線衍射儀分析。比表面積采用ASAP2020型物理吸附儀測試，表面形貌通過JSM-7500F型掃描電鏡觀察。催化劑酸性位采用 方法，使用AutoChem II2920型化學吸附儀測定。

2 結果與討論

2.1催化劑類型與性能評價

如圖1所示， 催化劑樣品XRD分析顯示出明顯的銳鈦礦特征衍射峰，釩、鎢物種分散良好，未檢測到明顯的結晶峰。BET分析結果表明，催化劑比表面積達到 ，孔容為 平均孔徑為 ，具有發達的介孔結構。通過SEM觀察發現，催化劑顆粒呈現均勻分布狀態，粒徑為 。 -TPD結果顯示，催化劑表面存在弱酸性位（ ）和強酸性位（ ）兩種酸性位點，其中以Bronsted酸性位為主，這對 的吸附和活化具有重要作用。X射線光電子能譜（X-rayPhotoelectronSpectroscopy，XPS）分析表明，V物種主要以 形式存在，是SCR反應的主要活性中心。

2.2反應溫度對脫硝效率的影響

SCR反應的速率常數與反應溫度呈現明顯的火山型曲線關系，可用Arrhenius方程描述，表達式為

式中： K 為反應速率常數； A 為指前因子； E 為表觀活化能， R 為氣體常數； T 為反應溫度，

試驗數據表明，當溫度為 時，轉化率維持在 8 5 % 以上， 時達到最大值 9 2 . 3 % 。低溫區域活性較低歸因于催化劑表面的 活化能力不足，而高溫區域效率下降則源于 氧化反應加劇。通過Arrhenius方程計算得到該催化體系的表觀活化能為 4 5 . 6 k J / m o l ，表明反應過程受動力學控制。

2.3空速與還原劑濃度的協同效應

通過正交試驗設計，研究了空速（ ）與 摩爾比（ ）的交互作用。在較低空速區間（ ），反應物與催化劑接觸時間充分， 比值為0.9時即可獲得較高轉化率。隨著空速增加至 ，需將 比值提高至1.1，以維持脫硝效率。當空速進一步增加時，即使提高 用量也難以獲得理想效果，表明反應已進入擴散控制區域。方差分析結果顯示，空速是影響脫硝效率的主要因素，貢獻率達到 6 5 . 3 % 。

2.4水分、 影響及催化劑失活機理

水分及 對催化劑活性的影響可通過活性衰減系數 β 定量表征，表達式為

式中： 為 t 時刻的脫硝效率; 為初始脫硝效率。

試驗結果顯示，當水分含量為 8 % 時， β 值降至0.9，源于 分子與 的競爭吸附。 影響更顯著，2 4 h 后 β 值降至 0 . 7 5 。XPS和FTIR表征發現， 與

活性組分反應生成 沉積物覆蓋活性位點，導致催化劑表面酸性位點顯著減少，尤其是強酸性位點。

3 工程應用

3.1工藝優化

基于催化還原脫硝技術的工程應用研究，針對 催化劑體系進行工藝參數優化。如表1所示，通過中試裝置驗證，確定最優工藝參數：反應溫度為（ 3 5 0 ± 1 0 ） C 、空速為 ！ 摩爾比為 1 . 0 ～ 1 . 1 、催化劑裝填密度為 。針對運行問題采取相應措施：設計氨氣流量自動調節系統應對煙氣波動，采用分段裝填方式延長催化劑壽命，通過預熱段溫度提升防止結露堵塞。經過優化，系統運行穩定性顯著提升，催化劑使用壽命延長 3 3 . 3 % ，年均脫硝效率達到 8 5 % 。

3.2 實際應用效果

在某 燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝工程中應用催化還原技術，煙氣量為100萬 ， 入口濃度為 。如表2所示，采用蜂窩式 催化劑，反應器設計為三層催化劑床（兩用一備）。投運一年來，出口 濃度穩定保持在 以下，脫硝效率達 8 8 % ～ 9 2 % ，系統壓降控制在 。通過優化的溫度調節策略，脫硝效率波動幅度控制在 ± 3 % 以內，系統可利用率達9 7 % ，各項技術指標均滿足環保要求，體現了該技術在工業廢氣治理領域的應用優勢。

4結論

通過系統研究SCR技術在廢氣脫硝過程中的應用效果，確定了最佳工藝條件和影響因素。研究發現， 催化劑具有最優的脫硝性能。水分和 的存在會降低催化劑活性，但影響程度可控。該技術在實際工程應用中表現出良好的脫硝效果和經濟性，為工業廢氣治理提供了可靠的技術方案。后續研究將著重開發具有抗中毒性能的新型催化劑，進一步提高脫硝技術的應用效果。

參考文獻

1張峰，馮庭有，朱晨亮，等.碳達峰碳中和政策與電催化二氧化碳還原技術[J].廣東化工，

2劉昱祺，徐琰，湯金龍.核燃料后處理領域選擇性催化還原技術（SCR）應用前景及問題分析[J].廣東化工，2023（13）：76-78.

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