首先介绍了钒钛催化剂催化氧化SO2的反应机理及其研究进展,随后综述了影响SO2氧化率的主要因素,主要包括催化剂中V2O5含量、催化助剂、飞灰、壁厚及烟气成分、反应温度等,并详细地分析了各因素对SO2氧化率的影响特性。在此基础上,综述了控制SCR催化剂SO2氧化率的方法。最后指出SO2氧化率控制技术的发展对低SO2氧化率脱硝催化剂的开发、失活催化剂的再生以及废弃催化剂的回用等均有着重要意义。
V2O5对钒钛催化剂的SCR反应和SO2氧化反应均具有强烈的催化作用,且上述两个反应的转化率均与V2O5含量密切相关。研究表明,随着V2O5含量的增加,两个反应的转化率均增加,但是SO2/SO3转化率的增速更快,这是因为SO2的氧化率与催化剂的氧化性密切相关。V2O5晶体是工业制备硫酸所用催化剂的主要活性物质,所以随着V2O5含量的增加,催化剂的氧化性不断增强,使得SO2的氧化率不断提高。由此可知,可以通过适当降低V2O5含量的方式来控制SO2氧化率,但这要以牺牲部分脱硝效率为代价,所以单纯减少V2O5含量并不是控制SO2氧化率的最优路径。
商业SCR脱硝催化剂的主要成分为V2O5活性组分和TiO2载体,此外为了优化催化剂的某些性能,还需要掺杂特定的金属氧化物作为催化助剂,其中最常见的催化助剂为WO3和MoO3,这些催化助剂的存在对SO2氧化率有着一定的影响。
一般而言,WO3的掺杂主要是为了提高催化剂的热稳定性和表面酸性。值得注意的是,SAZONOVA等的研究表明WO3的掺杂还能有效降低催化剂的SO2氧化率,提高其抗硫性能。然而,DUNN等的研究取得了与之相反的结果,认为WO3的掺杂会使催化剂的SO2氧化率提高,MORIKAWA等也获得了相似的研究结果。与WO3的作用相似,MoO3的掺杂也是为了提高催化剂的热稳定性和表面酸性,另外还能增强催化剂的抗As中毒能力。KWON等发现MoO3的掺杂还能够抑制SO2与V=O键的反应,进而减弱SO2在催化剂表面的吸附,且研究还发现催化剂中Mo6 /Mo5 比值越高,抗硫性能就越好。
虽然WO3对SO2氧化率的具体作用存在争议,但催化助剂对SO2氧化率会产生影响已毋庸置疑,这为改善催化剂的抗硫性能提供了一种可能的方法,即通过引入特定的物质来抑制SO2的氧化。
商业SCR催化剂有蜂窝式、平板式和波纹板式等型式,不同型式的催化剂的壁厚有所不同,一般而言,催化剂壁越薄,SO2氧化率越低,但对应的力学性能也会越差。因此,在进行催化剂成型时,应综合考虑力学性能和 SO2氧化率之间的关系。