用于氧化氮净化的催化剂,在环境保护方面主要有还原催化剂、氧化催化剂、分解催化剂和与SO2同时还原的催化剂。

1.还原催化剂

    选择适当的催化剂,用氢、一氧化碳、各种碳氢化合物、纸和硫化氢等作还原剂,不难将氧化氟还原为无害的氮。由于在各种来源的排气中常含有氧、二氧化硫和水蒸汽,根据所用还原气体和温度的不同,可将催化剂分为两类,一类是能将氧化氮和氧,二氧化硫同时除去的非选择性还原,另一类是可将氧化氮优先还原的选择性还原。

(1)非选择性还原催化剂

    可以作为非选择性还原催化剂活性组份的有铂、钯、铑和钌等贵金属,以及非贵金属合金或氧化物。

    在贵金属中,工业上常用铂和铊,因为其他贵金属有的因活较差,有的价格太贵。用铂或饱为催化剂时,多用氧化锅为载体,载持量一般在0.1~1%。近期外硝酸工厂采用0.1~0.5%Pt(Pd,Rh)-(Ni)-SiO2 (Al2O3)系蜂窝状催化剂,用氢、甲烷、天然气或液化石油汽为燃料,在400~500℃c还原尼气中的氧化氮。总的看来,贵金属系催化剂的活性高,耐热性能也好。但其容易被硫化物中毒,所以对于通常都有二氧化硫的燃烧排气的处理,不一定是透宜的。

    在非贵金属中,活性比较高的有CuO-Al2O3、 CuO-Cr2O4-Al2O3等和蒙乃尔(Monel)合金Cu-Ni。有人用氢还原氧化氮,以各种金属氧化物裁在γ-Al2O3上为催化剂进行试验,得到下列结果:在还原反应中生成氨较多的都是高活性物质(Pt>Pd >Cuo>NiO),生成氮多的物质有Fe2O3,Cr2O3和V2O5,不生成N2O的物质有CoO, MnO2, MoO3和Al2O3并根据催化剂周期的氧化还原机理,认为一氧化氮还原生成氮的反应,是以N2O为中间产物的连续反应。氨的生成与催化剂、还原剂, NO的浓度和反应温度等有关。催化剂的选择性和寿命也与载体的种类、制备方法和废气中含有的氧、水蒸汽和二氧化硫等浓度有关。

    非贵金属催化剂虽然已进行了大量的实验研究,但工业上仍然主要采用贵金属。

（2)选择性还原催化剂

    选择性还原NO常用氨为还原剂。可以做为活性组份的有Pt, Pd, Ru, Cu, Fe, Co, Ni等物质。其中铂系催化剂的活性高,表11-10中列出了在铂催化剂上用氨还原硝酸尾气的数据。

    入口温度为220~260℃,氨过量20-50%,空速高达15000时-,出口NO,浓度仍在200ppm以下。由于铂除价格贵外,还能生成N2O和被硫中毒;而非贵金属催化剂虽活性低、需要量大、反应温度高(一般达350~400℃),但价格便宜,选择性高,NO的生成量少,并且耐硫性也较强,所以非贵金属系催化剂引起了人们的注意。

根据村上等人研究,各种金属氧化物的还原活性顺序如下:

CuO≈Fe2O3≈V2O5>Cr2O3>MoO3>WO3>Zn0≈Co3O4≈SnO2≈TIO2>NiO

    当废气中含有SO2时,可能生成钱盐,使催化剂的活性降低,在装置较低的部位发生堵塞。为此,有人用共沉淀法制得的氧化物进行硫酸盐化,得到CuSO-Al2O3和Feo,(FeSO4- Fe2 (SO4)Al2O3系催化剂,性能较好。当气体中存在0.2~20%O2,0~20%H2O时,氨必须过量25~50%。此时脱NOx率,在100℃左右可达95~100%。如果将硫酸盐直接载在Al2O3上,也可以制得性能良好的催化剂。

    除氨外,也有人研究用硫化氢为还原剂的工艺。用金属置换的浮石催化剂,在100~150℃下反应,可将排烟中的NOx与SO2同时除去。但还存在许多问题。

    选择性还原尽管也是引人注意的一种方法,但是由于在催化剂和工艺上还存在许多问题，工业上采用此法的不多。

2.分解催化剂

    如果能找到一种催化剂,直接将废气中的NO分解为N2和O2,那将是最希望的。分解反应如下:

NO→½N2+½O2+21.6千卡

    在热力学上,在低温下是十分可能的。可是直到现在,试验过许多氧化物,其活性都很低,甚至在1000℃时分解速度仍很慢,而且水蒸汽的影响也很大。不过仍在继续研究铜、铁、钴、镍、锰,碱金属和碱土金属氧化物与稀土金属氧化物催化剂,并对提高话性和选择性寄予希望。

3.氧化催化剂

    目前除用湿法将NO氧化成反应能力强的NO2外,还在探索气相氧化的催化剂。

    从热力学上看,由NO氧化到NO,温度越低越有利。但是,在低温下目前试验过的催化剂,活性都很低,特别是对低张度NO的氧化,速度很慢。

    最近在研究NO的氧化,或NO与SO2同时氧化的催化剂,如贵金属和Co, Mn, Fe, Cr,Ni等金属氧化物等。

4.NOx与SOx同时除去的催化剂

    用煤或重油为燃料时,在燃烧排烟中常常同时含有NOx与S020有必要同时除去这两种有害物质。

    用CO为还原剂,在CuO-Al2O3催化剂上,在538℃c和空速1000时,用气相催化还原法同时除去NO,和SO2,反应如下:

CO+NO→½N2+CO2

2CO+SO2→S+2CO2

NO2+CO→NO+CO2

    目前正在研究各种过渡金属氧化物。

下一篇:化学方程式
上一篇:排气中氮氧化物净化催化剂