煙氣多污染物協(xié)同處理催化陶瓷過(guò)濾管的研究進(jìn)展

李歌，王寶冬，馬子然，趙春林，周佳麗，王紅妍

（北京低碳清潔能源研究院，北京102211）

煤炭燃燒產(chǎn)生大量的煙氣顆粒、氮氧化物（NOx）、碳氧化物、二氧化硫（SO2）等，是造成大氣污染的最主要原因之一[1]。隨著大氣污染排放控制法規(guī)的不斷完善，顆粒排放與氮氧化物等引起的污染越來(lái)越受到人們的重視，國(guó)家對(duì)各行業(yè)顆粒污染物與NOx的排放控制標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高[2]。燃煤發(fā)電、水泥等行業(yè)的高溫氣體排放是顆粒污染物和NOx排放的主要來(lái)源，垃圾焚燒、有色冶煉以及玻璃等行業(yè)對(duì)NOx的排放同樣也不容忽視。

2005—2015 年，我國(guó)對(duì)NOx和SO2的減排效果明顯，而粉塵的減排則稍顯不足。但從2015 年以來(lái)，全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施燃煤電廠的“超低排放”、關(guān)停小型工業(yè)鍋爐、“煤改氣”和“煤改電”等舉措，同時(shí)全面展開環(huán)保督查工作。雖然這體現(xiàn)了在環(huán)保政策上嚴(yán)要求和強(qiáng)監(jiān)管的態(tài)勢(shì)，但未來(lái)的減排空間依舊很大。《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》要求，到2020年，全國(guó)SO2和NOx的排放總量應(yīng)分別控制在1580萬(wàn)噸和1574萬(wàn)噸以內(nèi)，同2015年相比，預(yù)計(jì)兩者均下降15%[3]。圖1 給出了近些年來(lái)全國(guó)SO2、NOx和煙（粉）塵的排放量和同比增速。

圖1 全國(guó)SO2、NOx和煙（粉）塵的排放量和同比增速［3］

目前，煙氣多污染物的減排控制技術(shù)可以分為兩種，即傳統(tǒng)串聯(lián)脫除技術(shù)和一體化協(xié)同脫除技術(shù)[4-6]。傳統(tǒng)串聯(lián)脫除技術(shù)是采用多個(gè)能夠?qū)挝廴疚锷疃让摮齼艋难b置，并將其以串聯(lián)的形式組合在一起，從而對(duì)煙氣中各污染物進(jìn)行脫除的工藝[7]；而一體化協(xié)同脫除技術(shù)則是在同一凈化裝置中同時(shí)深度脫除煙氣中兩種或者多種污染物的工藝[8-12]。

1 傳統(tǒng)串聯(lián)脫除技術(shù)

傳統(tǒng)串聯(lián)脫除技術(shù)通常包括煙氣脫硫、煙氣脫硝和煙氣除塵3個(gè)子單元，分別在其中獨(dú)立完成煙氣中SO2、NOx和粉塵顆粒物的脫除凈化[13-14]。

以火電廠的鍋爐等大型工業(yè)燃燒煙氣中多污染物的脫除凈化為例，常見(jiàn)的串聯(lián)脫除工藝系統(tǒng)如圖2所示[15]。考慮到鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間的煙氣溫度正好滿足脫硝反應(yīng)所需的工作溫度，選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）反應(yīng)器通常安裝在此區(qū)間。在省煤器之后、SCR反應(yīng)器之前的煙道內(nèi)噴入氨水，使其與煙氣混合均勻后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在其中將NOx選擇性還原脫除[16-18]。但是由于此時(shí)的脫硝催化劑長(zhǎng)期在高溫、飛灰的環(huán)境下工作，會(huì)容易產(chǎn)生磨損和堵塞甚至是燒結(jié)失活等問(wèn)題，從而使催化劑使用壽命縮短[19]。同時(shí)考慮到布袋除塵器難以在較高的溫度（＞300℃）下正常工作，并且為了避免粉塵對(duì)脫硫副產(chǎn)品純度的影響，除塵器通常安裝在空氣預(yù)熱器與濕法脫硫系統(tǒng)之間。電袋復(fù)合除塵技術(shù)結(jié)合了靜電和布袋除塵兩者的優(yōu)點(diǎn)，煙氣中大顆粒粉塵先由電場(chǎng)捕集，剩余的細(xì)微粉塵則由布袋進(jìn)一步深度收集，最終可以使煙氣含塵量降至30mg/m3，是目前較為主流的除塵技術(shù)[20-21]。脫硫主要用石灰石漿液作洗滌劑，在噴淋吸收塔中對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌脫除其中的SO2[22-25]。在我國(guó)火電脫硫的項(xiàng)目中，石灰石-石膏法的占比達(dá)到90%以上，其脫硫系統(tǒng)由石灰石漿制備系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、煙氣再熱系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)等組成，系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，設(shè)備成本高，還存在設(shè)備腐蝕問(wèn)題[26-27]。

圖2 火電廠鍋爐煙氣中多污染物的串聯(lián)脫除工藝系統(tǒng)［15］

可以看出，在上述串聯(lián)脫除工藝中，整個(gè)系統(tǒng)龐大復(fù)雜、占地面積大[8]。各單污染物凈化單元之間還會(huì)存在相互干擾，從而可能會(huì)影響整個(gè)工藝系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因而對(duì)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行要求較高。另外，各污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和限排種類的不斷增多，必然會(huì)導(dǎo)致各凈化單元的不斷擴(kuò)張，進(jìn)一步放大了系統(tǒng)復(fù)雜性和投資運(yùn)行費(fèi)用的問(wèn)題。這些都阻礙了串聯(lián)脫除工藝在中小型工業(yè)燃燒煙氣凈化領(lǐng)域的推廣應(yīng)用[28-30]。

而多污染物一體化協(xié)同脫除技術(shù)能夠在同一凈化裝置中同時(shí)脫除煙氣中兩種或者多種污染物，大大縮短了工藝流程，減少了占地面積，可以降低投資和運(yùn)行成本，從而有效避免了傳統(tǒng)串聯(lián)脫除工藝的弊端，特別適用于中小型工業(yè)燃燒煙氣多污染物的凈化脫除[31-33]。因此，一體化協(xié)同脫除技術(shù)是煙氣凈化的新方向，成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

2 一體化協(xié)同脫除技術(shù)

2.1 活性炭吸附-再生法

活性炭具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，以其為吸附劑的吸附技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)氣體分離以及環(huán)保領(lǐng)域[34-35]。在20 世紀(jì)50 年代，活性炭法協(xié)同脫硫脫硝工藝技術(shù)就已經(jīng)開始被研究，其基本工藝流程為：煙氣以上升流的方式通入兩段式吸附塔，而吸附塔內(nèi)的活性炭則以下降流的方式從塔頂下降至塔底；煙氣在流經(jīng)下部的第1 段吸附塔時(shí)，煙氣中的SO2被活性炭吸附脫除，在流經(jīng)上部的第2段吸附塔時(shí)，噴入氨來(lái)選擇性催化還原脫除NOx；到達(dá)底部的吸附飽和的活性炭被送往再生塔進(jìn)行加熱再生，解吸出來(lái)的SO2可以回收利用來(lái)生成硫酸等，而再生后的活性炭循環(huán)至吸附塔[36]。

德國(guó)在1987 年成功地將該技術(shù)用于Arzberg 電廠的兩個(gè)機(jī)組進(jìn)行煙氣污染物的聯(lián)合脫除，SO2和NOx的脫除率可分別達(dá)95%和60%左右[37]。煤科院長(zhǎng)期致力于活性焦干法協(xié)同脫除技術(shù)的研究與應(yīng)用，并于2005 年進(jìn)行了工業(yè)示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目的煙氣處理量為每年20 萬(wàn)立方米，脫硫率、脫硝率和除塵率分別能達(dá)到95.7%、20%和70%左右。而在2018年3月，上?？肆颦h(huán)保科技股份有限公司憑借其完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性焦脫硫脫硝及多污染物協(xié)同脫除技術(shù)承擔(dān)了新興鑄管股份有限公司兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)的煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目。

雖然與傳統(tǒng)煙氣污染物脫除工藝相比，活性炭吸附-再生法的協(xié)同脫除技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、占地面積小等特點(diǎn)，但仍存在NOx效率不高；富集SOx氣體需消耗大量的活性炭；同時(shí)由于吸附塔與解吸塔間長(zhǎng)距離的氣力輸送，容易造成活性炭的損壞；噴射氨增加了活性炭的黏附力，造成吸附塔內(nèi)氣流分布的不均勻性等問(wèn)題；同時(shí)，由于吸附劑吸附容量有限，難以滿足大流量、高濃度煙氣污染物的脫除需求[38-39]。

2.2 等離子體法

等離子體法的原理是在煙氣中首先加入一定量的氨氣，然后再一同通入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中通過(guò)一定的方法產(chǎn)生大量的氧化性很強(qiáng)的·OH、·OH2、·O等高能自由基，可以將SO2和NO 氧化；然后經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)，SO2和NO 被轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸，進(jìn)而與加入的NH3反應(yīng)最終生成硫酸銨和硝酸銨[40]。根據(jù)自由基形成方式的不同，主要包括電子束法和脈沖電暈法[41-42]。電子束法是利用能量為0.8～1.0MeV的高能電子束以產(chǎn)生自由基，脈沖電暈法是Masuda 等[43]基于電子束法提出來(lái)的，利用高壓脈沖電源代替昂貴的電子加速器進(jìn)行脈沖放電以產(chǎn)生自由基，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)脈沖放電提高了飛灰的荷質(zhì)比，從而有利于提高除塵效率。韓國(guó)建造了煙氣處理量2000m3/h的脈沖電暈協(xié)同脫除工業(yè)中試裝置，SO2和NOx脫除率分別高達(dá)95%和85%。國(guó)內(nèi)從20 世紀(jì)80 年代后期開始也對(duì)脈沖電暈法進(jìn)行了大量研究。寧成等[44]研究了脈沖電暈過(guò)程中煙氣各成分的協(xié)同效應(yīng)，肯定了脈沖電暈法一體化協(xié)同脫硫脫硝及除塵的可行性。Chang 等[45]利用噴嘴式電極的電暈裝置，提高和促進(jìn)了活性自由基的生成，并成功進(jìn)行了工業(yè)小試，脫硫率和脫硝率分別達(dá)到99%和75%。杭州天明環(huán)保工程有限公司于2015年先后將脈沖電暈等離子體煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術(shù)應(yīng)用于杭州杭聯(lián)熱電和杭州富陽(yáng)永泰熱電等鍋爐尾氣處理項(xiàng)目。

盡管脈沖電暈法相比于其他技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、操作方便和協(xié)同脫除效率較高等眾多優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)現(xiàn)真正工業(yè)應(yīng)用中還存在許多問(wèn)題，比如生成的硫酸銨和硝酸銨含水率較大而對(duì)管道堵塞破壞較大、耗電量高、脈沖電源的壽命穩(wěn)定性以及X射線防護(hù)等安全控制[8,46]。

2.3 氧化-吸收法

氧化-吸收法的原理是在煙氣中加入強(qiáng)氧化劑，使煙氣中的SO2和NO 被氧化為SO3和NO2，然后通過(guò)堿式吸收塔被其中的堿液（如NaOH等）吸收脫除，研究較多的強(qiáng)氧化劑是O3和NaClO2。Zhang 等[47]研究了O3濃度和反應(yīng)溫度等因素對(duì)NO氧化的影響，結(jié)果表明NO氧化的最佳反應(yīng)溫度為150℃，并且當(dāng)O3與NO的摩爾比為1.0左右時(shí)，NO氧化率達(dá)到90%以上，而通過(guò)pH 高于11 的NaOH溶液吸收后，SO2脫除率接近100%，同時(shí)NO 脫除率在99%以上。王智化等[48]全面研究了臭氧與煙氣中各組分之間的反應(yīng)機(jī)理，Chemkin反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果顯示在150℃時(shí)，NO 被O3氧化的反應(yīng)時(shí)間僅為0.01s，而O3與SO2之間的反應(yīng)比較緩慢，實(shí)驗(yàn)中僅有30%左右的氧化效果。楊業(yè)等[49]采用硫代硫酸鈉溶液進(jìn)行濕法噴淋吸收，結(jié)果表明Na2S2O3能夠有效促進(jìn)NOx脫除，并實(shí)現(xiàn)較高的SO2脫除率。Hutson等[50]、Chien等[51]和Zhao等[52]分別對(duì)采用亞氯酸鈉作為氧化劑的協(xié)同脫除效果進(jìn)行了詳細(xì)研究；其中比較好的結(jié)果是，在小型鼓泡床反應(yīng)器中，通過(guò)對(duì)煙氣處理量、反應(yīng)溫度、NaClO2溶液和堿液pH 等條件的優(yōu)化，在50℃下，脫硫和脫硝效率能分別達(dá)到100%和95.2%。

氧化-吸收法雖然具有工作溫度低、協(xié)同脫硫脫硝活性高的優(yōu)點(diǎn)，但是依然存在著諸如臭氧發(fā)生器的能耗較高、O3逃逸、NaClO2氧化劑的回收、吸收液的循環(huán)利用以及吸收塔廢液的處理等問(wèn)題，特別是目前還尚未有該法協(xié)同除塵效果的報(bào)道[46]。

2.4 SNRB工藝

SOx-NOx-Rox Box （SNRB） 工 藝 是 由 美 國(guó)Babcock&Wilcox（B&W）公司于1992年開發(fā)的一種新型的高溫?zé)煔鈨艋に?，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝和除塵[53]?；驹硎窃谑∶浩骱笙韧鶡煔饫飮娙脞}基或鈉基吸收劑從而在煙道里實(shí)現(xiàn)SO2的脫除；然后在煙氣進(jìn)入高溫布袋除塵器之前噴入氨；煙氣中的粉塵以及反應(yīng)后的脫硫劑被布袋除塵器捕集脫除；而在除塵器的濾袋中懸浮有脫硝催化劑，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)選擇性催化還原脫硝。

由于在脫硝之前已經(jīng)將煙氣中SO2進(jìn)行了脫除，因此可以避免催化劑的硫中毒和硫酸銨的生成。同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)了脫硫、脫硝和除塵的一體化，因此該工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、大大減少了占地面積。然而由于脫硝反應(yīng)溫度通常要求在300℃以上，布袋除塵器需要布置在省煤器和換熱器之間，因此普通布袋除塵器的壽命無(wú)法保證，必須選用耐高溫的布袋材料，從而間接地增加了成本[54]。

3 陶瓷過(guò)濾管催化劑

近些年來(lái)，針對(duì)中小型工業(yè)設(shè)備的、高溫、高含塵煙氣的凈化需求，陶瓷過(guò)濾管催化劑以其獨(dú)有的特性成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，并成為一種極具應(yīng)用前景的一體化協(xié)同脫除新技術(shù)[55-56]。

陶瓷過(guò)濾管催化劑技術(shù)是基于陶瓷過(guò)濾除塵技術(shù)中陶瓷管濾芯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)提出的[57]。陶瓷管濾芯一般為空心圓柱體結(jié)構(gòu)，如圖3所示，主要由表層膜和內(nèi)層支撐體兩部分組成，濾芯在徑線方向上呈非對(duì)稱、孔徑為梯度變化的多層孔結(jié)構(gòu)：表層膜的厚度為100μm左右、平均孔徑為10μm左右，依靠其發(fā)達(dá)貫通的孔道對(duì)煙氣中粉塵有極高的脫除率，除塵率達(dá)到99%以上；支撐體層的厚度為8～12mm、平均孔徑為30～100μm，起到承載表層膜的作用；當(dāng)支撐體的氣孔尺寸比較大時(shí)，膜層和支撐體層中間通常需要涂覆過(guò)渡層[58]?？梢钥闯?，陶瓷管濾芯的設(shè)計(jì)具有膜分離層的氣孔尺寸小、支撐體層的氣孔尺寸大的梯度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一是為了減少過(guò)濾除塵時(shí)的阻力，因?yàn)檎嬲鸬匠龎m作用的是表面膜層；二是煙氣在通過(guò)表層膜時(shí)，其中絕大多數(shù)粉塵顆粒被捕集，在濾芯表面堆積成塵餅。而由于內(nèi)層孔道尺寸越來(lái)越大，顆粒不易在支撐體層的孔道內(nèi)被吸附而造成堵塞，有利于實(shí)現(xiàn)高效除塵的效果[59]。

圖3 陶瓷管濾芯元件剖面結(jié)構(gòu)

相比于上述傳統(tǒng)的旋風(fēng)除塵、布袋除塵、電除塵和電袋除塵技術(shù)，陶瓷過(guò)濾管具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：①除塵效率高，過(guò)濾精度高，分離效率能超過(guò)99.9%，尤其對(duì)PM2.5的超細(xì)顆粒的除塵效率是其他技術(shù)難以企及的；②陶瓷材料能夠耐高溫和耐腐蝕，非常適應(yīng)復(fù)雜苛刻的煙氣條件；③機(jī)械強(qiáng)度高、可以反復(fù)反吹清洗再生，使用壽命長(zhǎng)；④無(wú)二次污染產(chǎn)生，環(huán)境友好[59]。

鑒于上述陶瓷過(guò)濾管的優(yōu)點(diǎn)，并且隨著多污染一體化協(xié)同脫除的需求，在20 世紀(jì)90 年代，國(guó)外研究者基于陶瓷管濾芯的結(jié)構(gòu)特性提出，可以在其精細(xì)高效除塵功能的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行脫硫、脫硝等功能的耦合[60-61]。這是因?yàn)樘沾晒転V芯的表層膜和支撐體均具有發(fā)達(dá)的微細(xì)貫通的孔隙結(jié)構(gòu)，氣孔率能達(dá)到40%以上，比表面積也很大，可以在表層預(yù)涂脫硫劑并在濾芯的內(nèi)層孔道里負(fù)載特定的催化劑，從而在除塵的同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝等凈化功能，實(shí)現(xiàn)煙氣多污染的一體化協(xié)同脫除，如圖4和圖5所示[62-63]。

圖4 陶瓷過(guò)濾-催化元件一體化協(xié)同脫除煙氣多污染物［62］

從陶瓷過(guò)濾管催化劑這一技術(shù)概念提出以來(lái)，尚未見(jiàn)有大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的研究報(bào)道，德國(guó)、意大利和韓國(guó)的相關(guān)研究人員對(duì)其進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)探索研究，并且德國(guó)已經(jīng)形成了相關(guān)的陶瓷過(guò)濾管催化劑產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)對(duì)此的研究才剛剛起步[55]。這些研究中大多都是在現(xiàn)有的商業(yè)陶瓷過(guò)濾管元件的基礎(chǔ)上，通過(guò)一定的方法（主要基于浸漬法和溶膠-凝膠法），將特定的催化劑組分負(fù)載到過(guò)濾管元件上，然后對(duì)制備得到的陶瓷過(guò)濾管催化劑元件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的性能評(píng)價(jià)。本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外已研制開發(fā)的高溫陶瓷過(guò)濾材料主要包括氧化物基陶瓷過(guò)濾材料、非氧化物基陶瓷過(guò)濾材料和陶瓷纖維基過(guò)濾材料，分別對(duì)上述關(guān)于陶瓷過(guò)濾管催化劑的研究進(jìn)行了分類敘述。

3.1 氧化物基陶瓷過(guò)濾管催化劑

氧化物基陶瓷過(guò)濾管材料通常以氧化鋁、莫來(lái)石和堇青石等耐火材料為主要原料。氧化鋁質(zhì)陶瓷膜過(guò)濾材料以電熔剛玉為主要原料，采用黏土、長(zhǎng)石和莫來(lái)石等作為高溫結(jié)合劑，通過(guò)熱澆注、等靜壓或擠出等成型工藝，在1300～1450℃的高溫下燒制而成，制品的主要晶相包括剛玉、莫來(lái)石以及玻璃相等[64]。

氧化鋁質(zhì)陶瓷過(guò)濾材料的優(yōu)點(diǎn)主要包括機(jī)械強(qiáng)度高、抗氧化、耐腐蝕和微孔性能好等，但缺點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)大，高溫下熱穩(wěn)定性不太好。因此，該種過(guò)濾材料適宜在溫度不太高（低于350℃）、壓力較大的工況條件下使用。

以氧化鋁質(zhì)陶瓷過(guò)濾材料為基體材料，表面涂覆脫硝催化劑的研究取得了較大的進(jìn)展。意大利的Saracco等[60]首次報(bào)道了用于協(xié)同除塵和NH3-SCR脫除NOx的α-Al2O3陶瓷過(guò)濾-催化元件的結(jié)果。他們首先采用濃硝酸鋁/尿素法和溶膠-凝膠法這兩種方法將γ-Al2O3沉積到法國(guó)S.C.T公司提供的α-Al2O3陶瓷管上，然后采用偏釩酸銨/草酸的浸漬液通過(guò)等體積浸漬法將V2O5負(fù)載到陶瓷管上，制備得到了V2O5/Al2O3基α-Al2O3陶瓷過(guò)濾-催化元件。性能評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在過(guò)濾風(fēng)速不高（5m/h）的條件下，兩種方法制備的陶瓷過(guò)濾-催化元件的脫硝性能差別不大，300℃時(shí)NO 轉(zhuǎn)化率均能達(dá)到90%以上；但在過(guò)濾風(fēng)速較大時(shí)，相比于濃硝酸鋁/尿素法，溶膠-凝膠法的脫硝效果更好，當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速提高至65m/h時(shí)，溶膠-凝膠法在400℃時(shí)達(dá)到最大的NO 轉(zhuǎn)化率，約為86%，而此時(shí)濃硝酸鋁/尿素法的NO轉(zhuǎn)化率不足60%，這可能是因?yàn)闈庀跛徜X/尿素法制備的γ-Al2O3載體在過(guò)濾元件孔道內(nèi)沉積分布不均勻。

圖5 煙氣多污染物一體化協(xié)同脫除的陶瓷過(guò)濾管催化反應(yīng)工藝［63］

考慮到V2O5/TiO2在硫酸氧化物和水存在條件下具有的高活性和抗毒性，并且被證明是非常適合的NH3-SCR 催化劑，Saracco 等[65]進(jìn)一步研究了在α-Al2O3陶瓷管上負(fù)載V2O5/TiO2的脫硝性能。他們首先將陶瓷管浸泡在采用含鈦酸四乙酯與正丙醇的浸漬液中，然后取出將其放入蒸餾水中通過(guò)水解反應(yīng)原位生成Ti(OH)4，焙燒得到沉積的銳鈦礦TiO2，最后采用浸漬法將V2O5負(fù)載到陶瓷管上，制備得到了V2O5/TiO2基α-Al2O3陶瓷過(guò)濾-催化元件。結(jié)果表明，相比于V2O5/Al2O3基，V2O5/TiO2基α-Al2O3陶瓷過(guò)濾-催化元件的脫硝性能得到提升。當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為65m/h 時(shí)，通過(guò)提高溫度至350℃，就能使NO 轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。另外，重復(fù)沉積循環(huán)的次數(shù)的增加雖然有利于提高NO轉(zhuǎn)化率，但也促進(jìn)了副產(chǎn)物N2O的生成，并且會(huì)導(dǎo)致陶瓷管元件的過(guò)濾阻力增加，因此過(guò)濾元件上的催化劑負(fù)載量是重要的研究參數(shù)。

堇青石（2MgO·2Al2O3·5SiO2）陶瓷過(guò)濾材料相比于氧化鋁質(zhì)陶瓷過(guò)濾材料，最顯著的優(yōu)點(diǎn)在于其體積密度小和熱膨脹系數(shù)低，因而熱穩(wěn)定性能比較好，是最早被應(yīng)用于高溫氣體凈化的過(guò)濾材料[64]。堇青石陶瓷膜過(guò)濾元件的成型工藝包括熱澆注、等靜壓和擠出等成型等。熱壓注工藝的缺點(diǎn)是成型制品尺寸有限，特別是長(zhǎng)徑比大的制品的成型較為困難；另外，成型產(chǎn)品需經(jīng)埋燒處理，燒制周期較長(zhǎng)，因而生產(chǎn)成本也較高。堇青石質(zhì)陶瓷材料在高溫下，特別是在含較高堿金屬和硫組分的環(huán)境下，可能會(huì)因?yàn)榫嘟Y(jié)構(gòu)的線脹系數(shù)不同而產(chǎn)生微裂紋，影響使用壽命[66]。

以堇青石陶瓷材料為基體材料，制備脫硝除塵一體化催化劑材料已取得了較多的進(jìn)展。中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所余劍等[67-68]指出目前文獻(xiàn)中常用的將TiO2和V2O5分開涂覆的陶瓷過(guò)濾管催化元件的兩步法制備工藝過(guò)程復(fù)雜、能耗較高，進(jìn)而他們選用山東工業(yè)陶瓷研究院的堇青石陶瓷濾芯，探索了一步法涂覆TiO2和V2O5的可行性，即按一定比例配制偏鈦酸漿液、聚乙二醇、草酸、偏釩酸銨和偏鎢酸銨的混合浸漬液，將陶瓷濾芯浸入其中保持15min，經(jīng)干燥、焙燒制備得到V2O5-WO3/TiO2基堇青石陶瓷過(guò)濾-催化元件。結(jié)果表明，在溫度低于270℃時(shí)，兩步法制備的過(guò)濾管催化元件的脫硝活性優(yōu)于一步法，而溫度高于270℃時(shí)，由于兩步法制備的過(guò)濾管催化元件的副產(chǎn)物N2O 生成量更多，脫硝選擇性下降明顯，導(dǎo)致其脫硝活性不如一步法。這可能是因?yàn)?，兩步法制備的催化劑的比表面積較低，多聚態(tài)VOx的濃度更高，因而具有更強(qiáng)的氧化性和更好的低溫活性?？傮w來(lái)說(shuō)，一步法不僅工藝更加簡(jiǎn)單，其活性也不明顯弱于兩步法，并且其高溫下的脫硝活性和選擇性更佳。

3.2 非氧化物基陶瓷過(guò)濾管催化劑

非氧化物基陶瓷過(guò)濾材料以主要包括碳化硅質(zhì)、氮化硅質(zhì)以及碳化硅結(jié)合氮化硅質(zhì)等，其中碳化硅質(zhì)陶瓷過(guò)濾材料被廣泛研究和開發(fā)應(yīng)用，具有非常好的耐高溫性和熱穩(wěn)定性。

碳化硅質(zhì)陶瓷膜材料，通常以碳化硅原料作為骨料，采用擠出、壓制或等靜壓等成型工藝，在高溫下燒制而成的一種可控孔徑的陶瓷過(guò)濾材料。為了提高過(guò)濾精度、降低過(guò)濾阻力以及提高反吹清洗的再生效果，通常采用噴涂工藝，在普通碳化硅質(zhì)的多孔陶瓷支撐體的表面形成由莫來(lái)石、碳化硅或陶瓷纖維等制成的陶瓷膜或陶瓷纖維復(fù)合膜，從而將陶瓷膜材料設(shè)計(jì)成具有一定孔梯度的結(jié)構(gòu)，比如國(guó)內(nèi)的山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院采用等靜壓工藝制備的SiC 系列產(chǎn)品[69]。碳化硅質(zhì)陶瓷膜過(guò)濾材料在許多高溫?zé)釟怏w的凈化領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，但也存在一些缺點(diǎn)，特別是對(duì)于黏土結(jié)合碳化硅質(zhì)陶瓷膜過(guò)濾材料，會(huì)有明顯的高溫蠕變現(xiàn)象[70]。

以碳化硅質(zhì)陶瓷膜材料為基體材料，制備除塵脫硝一體化催化劑材料的研究取得了較大的進(jìn)展。德國(guó)的Nacken 等[56]指出陶瓷過(guò)濾管催化元件必須在適當(dāng)?shù)臍怏w過(guò)濾速度范圍內(nèi)具有較高的催化活性，同時(shí)過(guò)濾阻力要盡可能低。他們采用德國(guó)Pall-Schumacher 公司的SiC-Al2O3陶瓷管（粗孔SiC作支撐材料，細(xì)孔莫來(lái)石作表層膜材料），研究了在以異丙醇鈦（TIP）為前體采用溶膠-凝膠法制備TiO2納米顆粒載體層時(shí)，不同的絡(luò)合劑（乙酸和乙酰丙酮）對(duì)TiO2顆粒平均粒徑的影響。雖然相比于乙酸，乙酰丙酮的添加能夠制備更細(xì)粒徑（42.5nm左右）的TiO2顆粒，但是使用乙酸作絡(luò)合劑、浸漬TiO2后的陶瓷過(guò)濾元件的比表面積更大。這主要是因?yàn)?0～50nm 的納米顆粒易被燒結(jié)在一起形成粒徑可能超過(guò)190nm 大顆粒，導(dǎo)致比表面積增加不多，而乙酸作絡(luò)合劑制備出來(lái)的TiO2顆粒大約在140nm，可以有效防止燒結(jié)成較大的顆粒，因而具有較大的比表面積。通過(guò)等體積浸漬法制備了V2O5-WO3/TiO2基陶瓷過(guò)濾管催化元件，在300℃、過(guò)濾速度2cm/s 的條件下，對(duì)NO 的脫除率能夠達(dá)到96%，同時(shí)過(guò)濾阻力僅有2.83kPa。進(jìn)而，采用同樣的方法制備了15支燭式陶瓷過(guò)濾管催化元件，用于3.5MW 生物質(zhì)燃燒廠煙氣的中試實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行工況為300℃，過(guò)濾速度為2.5cm/s，碳酸氫鈉和NH3分別注入過(guò)濾室上游的氣體中，SOx的脫除率高達(dá)99%，除塵效率為99.997%，平均NO 轉(zhuǎn)化率為83.3%[71]。

德國(guó)的Zürcher 等[63]為了進(jìn)一步降低過(guò)濾阻力，提出了將負(fù)載催化劑的“海綿”插入燭式陶瓷濾芯的新方法，如圖6所示。雖然兩種結(jié)構(gòu)均能實(shí)現(xiàn)較高的NOx轉(zhuǎn)化率，但是濾燭上直接負(fù)載催化劑會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾阻力顯著增加，而“海綿”陶瓷具有較高的孔隙率和比表面積，因此能夠在不顯著增加過(guò)濾阻力的情況下負(fù)載更多的催化劑，進(jìn)而提高催化活性。

韓國(guó)的Choi等[72]為了進(jìn)一步提高陶瓷過(guò)濾管催化元件在低溫下的催化活性，采用真空浸漬涂覆的方法作為催化劑載體的TiO2顆粒預(yù)先負(fù)載到SiC陶瓷過(guò)濾元件（氣孔率為38%，支撐層孔徑大于100μm，表層膜孔徑為10μm，德國(guó)Schumacher Umwelt und Trenntechnik 公司）上，TiO2相對(duì)于過(guò)濾元件的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%，真空浸漬涂覆裝置如圖7 所示。將Pt、V 和W 的前體共浸漬在負(fù)載有TiO2的過(guò)濾元件上制備得到Pt-V2O5-WO3/TiO2基陶瓷過(guò)濾-催化元件，V2O5相對(duì)于TiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%，Pt 相對(duì)于V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。添加Pt的陶瓷過(guò)濾管催化元件的最佳工作溫度從沒(méi)有Pt時(shí)的280～330℃降低至180～230℃，過(guò)濾速度為2cm/s 時(shí)，NO 轉(zhuǎn)化率達(dá)到97%左右，NO 逃逸濃度僅為20mL/m3。

華能集團(tuán)和西安熱工研究院合作開發(fā)的催化陶瓷濾管以碳化硅陶瓷管為基體，催化劑活性組分由載體γ-Al2O3以及摩爾比1∶1∶3∶1 的活性組分MnO2、CeO2、CuO 和Sb2O3組成，分離膜的膜平均孔徑在2～6μm。制備的陶瓷濾管能夠?qū)崿F(xiàn)高溫?zé)煔猓ǎ?00℃）下的一體化高效脫除粉塵、NOx和單質(zhì)汞[73]。

德國(guó)的Walberer 等[62]對(duì)同時(shí)集成除塵、脫除酸性組分和脫除NOx這三種功能的陶瓷過(guò)濾器進(jìn)行了創(chuàng)新性研究，如圖4 所示。他們對(duì)德國(guó)Herding Filtertechnik GmbH 公司生成的陶瓷過(guò)濾元件進(jìn)行了適當(dāng)修飾，首先采用離子交換法和浸漬法將Cu-ZSM 催化劑負(fù)載到陶瓷過(guò)濾元件內(nèi)孔上；然后將Ca(OH)2分散涂覆在陶瓷過(guò)濾元件的外層表面。這樣的設(shè)計(jì)可以使煙氣在經(jīng)過(guò)過(guò)濾器時(shí)，其中的酸性組分，如SO2等成分轉(zhuǎn)化為亞硫酸鈣，保護(hù)了內(nèi)層催化劑不受酸組分的影響從而避免脫硝催化劑的劣化；而且添加預(yù)涂材料后，除塵過(guò)程中形成的濾餅還能強(qiáng)化對(duì)灰塵微粒的去除。但是這種結(jié)構(gòu)的不足在于僅能在一段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好的SO2脫除率，這是因?yàn)镾O2的脫除時(shí)間受預(yù)涂吸收劑用量的影響，因此需要開發(fā)相應(yīng)的連續(xù)預(yù)涂吸收劑的技術(shù)。

圖6 兩種結(jié)構(gòu)的陶瓷過(guò)濾管催化元件

圖7 真空浸漬涂覆法制備陶瓷過(guò)濾管催化元件的裝置［72］

3.3 陶瓷纖維復(fù)合膜過(guò)濾管催化劑

同上述傳統(tǒng)的陶瓷膜材料相比，采用耐熱性能好的陶瓷纖維為原料，利用結(jié)合劑制成的具有高孔隙率、過(guò)濾阻力低、質(zhì)量輕和熱穩(wěn)定性能好的陶瓷纖維復(fù)合膜過(guò)濾材料具有其獨(dú)有的特點(diǎn)。首先，在膜層的成型過(guò)程中，由于纖維材料的加入，可以在支撐體的表面快速架橋，從而便于黏性懸浮液快速在支撐體的表面形成膜層，因而可以避免堵塞表面孔，同時(shí)膜層穩(wěn)定性也更好；其次，纖維自由端可以與支撐體接觸而獲得支撐，從而減小了高溫下的熱應(yīng)力，進(jìn)而可以避免裂紋的產(chǎn)生；另外，在受到外力作用時(shí)，由于膜層內(nèi)纖維的存在，其塑性變形耐受范圍較大，因而在反吹清洗過(guò)程中，雜質(zhì)很容易被去除，膜層的反洗效果得到提高[64]。因此，高性能的陶瓷纖維復(fù)合膜材料兼顧了微孔陶瓷膜材料、多孔陶瓷材料以及真空纖維過(guò)濾材料的多種優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是較為理想的一種過(guò)濾材料，具有優(yōu)異的應(yīng)用前景[74]。

Choi等[58]還提出了通過(guò)改善催化劑在陶瓷過(guò)濾元件內(nèi)的分布提高催化活性，其中提高載體TiO2顆粒的分散度是行之有效的方案之一。他們基于美國(guó)杜邦公司提供的PRD-66陶瓷纖維過(guò)濾元件（氣孔率60%，支撐層的孔徑大于100μm，表層膜孔徑約為10μm），分布采用浸漬法、溶膠-凝膠涂覆法和溶膠-凝膠離心涂覆法這3 種方法制備了V2O5/TiO2基陶瓷纖維過(guò)濾-催化元件。結(jié)果表明，浸漬法的問(wèn)題是TiO2顆粒在徑向方向上分布不均勻，大部分TiO2顆粒會(huì)集中在過(guò)濾元件的外層，比表面積較低，這可能是因?yàn)椴捎?%TIPOT 的苯溶液作浸漬液，而在干燥過(guò)程中，苯的高蒸發(fā)率會(huì)攜帶浸漬的TIPOT 往外層遷移，并集中在外層。采用溶膠-凝膠浸漬涂覆的方法雖然提高了TiO2涂層在表層的分散性，但很難找到分布在內(nèi)層的TiO2顆粒，這是因?yàn)榇朔椒ê茈y使TiO2向內(nèi)擴(kuò)散。溶膠-凝膠離心涂覆是一種有效地使TiO2滲透到過(guò)濾元件內(nèi)孔的方法，離心涂覆裝置如圖8所示。性能評(píng)價(jià)結(jié)果也證明了，相比于浸漬法和溶膠-凝膠浸漬涂覆，離心涂覆法制備的陶瓷過(guò)濾-催化元件具有更好的催化活性。進(jìn)一步地，為了擴(kuò)寬脫硝反應(yīng)的工作溫度范圍，采用溶膠-凝膠離心涂覆法制備了V2O5-WO3/TiO2基陶瓷纖維過(guò)濾-催化元件，發(fā)現(xiàn)WO3明顯提高了SCR 的活性，使最佳工作溫度窗口從30℃增大至60℃。

圖8 溶膠-凝膠離心涂覆法制備陶瓷過(guò)濾-催化元件的裝置［58］

早在1992年，Kudlac等[53]就在脫硫、脫硝和除塵一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)內(nèi)部負(fù)載沸石催化劑的高溫陶瓷纖維濾管的協(xié)同脫除效果進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，其脫硝效率高于90%，除塵效率高于99.8%。

余劍等[55]選用3 種典型的商業(yè)陶瓷濾芯元件（氧化鋁陶瓷纖維濾芯、堇青石質(zhì)陶瓷濾芯和硅鋁酸鹽陶瓷纖維濾芯），采用浸漬涂覆法制備了V2O5-WO3-MoO3/TiO2基陶瓷過(guò)濾-催化元件，研究了不同陶瓷濾芯對(duì)脫硝活性和過(guò)濾壓降的影響。結(jié)果表明，在負(fù)載相同催化劑的條件下，纖維管質(zhì)濾芯表現(xiàn)出最佳的催化活性，這是因?yàn)槠淇紫督Y(jié)構(gòu)更為均勻，且孔隙率也較大，催化劑顆粒可以均勻分散沉積在棒狀材料上，對(duì)濾芯的原始孔結(jié)構(gòu)影響最?。欢狼嗍|(zhì)濾芯上的催化劑顆粒則主要堆積在孔道周圍，容易造成孔堵塞，過(guò)濾壓降也明顯較高。因此，考慮到工業(yè)應(yīng)用上濾芯壓降越小，操作成本就會(huì)越低，他們認(rèn)為氧化鋁陶瓷纖維過(guò)濾-催化元件更符合脫硝除塵一體化的操作要求。

美國(guó)的Owens-Corning 纖維公司和能源與環(huán)境研究中心在一個(gè)小規(guī)模的中試裝置（約0.2MW）中用V2O5/TiO2基玻璃纖維過(guò)濾-催化元件研究了各種類型的催化劑毒物（酸性或堿性飛灰、二氧化硫、鹽酸、硫酸等）對(duì)催化劑的活性影響，得出結(jié)論認(rèn)為應(yīng)對(duì)過(guò)濾-催化元件中催化劑失活的最佳方法是：①最大限度地降低二氧化硫的逃逸率；②最大限度地減少飛灰往過(guò)濾元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的滲透[75]。而意大利的Saracco 等[65]指出解決粉塵滲透問(wèn)題的方法可能在于使用基于無(wú)機(jī)材料燒結(jié)顆粒的剛性過(guò)濾元件，而不是基于纖維的過(guò)濾元件，這是因?yàn)槿绻^(guò)濾元件的孔徑足夠小，則只會(huì)在過(guò)濾元件內(nèi)部進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕覊m滲透，這對(duì)催化劑的耐久性有潛在的好處。研究表明孔徑為10μm、22μm和30μm的過(guò)濾元件允許灰塵在其結(jié)構(gòu)內(nèi)的穿透深度分別為40μm、75μm和150μm，而這種滲透深度相對(duì)于工業(yè)級(jí)陶瓷過(guò)濾元件厚度（15～20mm）來(lái)說(shuō)是相當(dāng)小的一部分。

浙江大學(xué)和山東工業(yè)陶瓷研究院合作開發(fā)的煙氣除塵脫硝一體化催化陶瓷過(guò)濾器以涂附或纏繞有陶瓷纖維復(fù)合膜的多孔陶瓷為載體，在多孔陶瓷的孔道內(nèi)負(fù)載鐵、銅、鈰、錳、鈦的氧化物或復(fù)合氧化物作為脫硝活性組分；其制備方法采用同步真空浸漬法、分步真空浸漬法、共沉淀法、溶膠凝膠法等，可實(shí)現(xiàn)在150～400℃時(shí)達(dá)到最佳脫硝效果[76]。

國(guó)家能源集團(tuán)北京低碳清潔能源研究院開發(fā)的煙氣多污染物協(xié)同脫除陶瓷過(guò)濾管催化劑以硅酸鋁陶瓷纖維膜為基體材料，采用分步浸漬法制備了適用于不同溫度段的陶瓷過(guò)濾管催化劑。分別開發(fā)了釩基和非釩基陶瓷過(guò)濾管催化劑，可實(shí)現(xiàn)在150～450℃由低溫到高溫區(qū)間內(nèi)，NOx的轉(zhuǎn)化率達(dá)90%～95%，降低了脫硝的起活溫度，擴(kuò)寬了溫度窗口，可用于水泥、玻璃、陶瓷、垃圾焚燒等領(lǐng)域中氮氧化物和粉塵的去除。

可以看出，研究者們主要圍繞陶瓷管過(guò)濾膜催化元件的催化活性、對(duì)過(guò)濾壓降的影響及性能穩(wěn)定性這三點(diǎn)，重點(diǎn)從陶瓷管過(guò)濾膜元件的選材和負(fù)載脫硝催化劑的方法這兩方面展開了實(shí)驗(yàn)研究。在示范工程方面，國(guó)內(nèi)中天威爾的WK-TOPKAT 陶瓷催化劑袋式污染物超低排放一體化工藝引進(jìn)德國(guó)Clear Edge 陶瓷催化劑過(guò)濾元件，自主研發(fā)的集脫硝、脫氟、脫硫、除塵及重金屬脫除于一體的煙氣多污染物超低凈化系統(tǒng)。安徽紫朔采用臺(tái)灣富利康陶瓷濾管一體化技術(shù)應(yīng)用于臨渙焦化爐煙道氣的脫硫脫硝除塵項(xiàng)目，脫硫效率高達(dá)85%以上，脫硝效率95%以上，除塵效率高達(dá)99%以上，可以有效 去 除NOx、SO2、HCl、H2S、HF 等多 種酸 性氣體。江蘇中建材環(huán)保研究院、龍凈環(huán)保等研發(fā)的陶瓷濾管除了過(guò)濾粉塵外，搭配不同添加物進(jìn)行反應(yīng)，如鈣基、鈉基堿性粉末以去除酸性氣體（SO2、HCl、HF等），添加氨/尿素以去除氮氧化物，實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝和除塵一體化。

雖然該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煙氣多污染物凈化，但也存在一些挑戰(zhàn)：①較高的陶瓷催化劑的催化性能；②較強(qiáng)的催化劑與過(guò)濾器附著力；③較低的過(guò)濾壓降。簡(jiǎn)而言之，就是在于實(shí)現(xiàn)在較少的催化劑擔(dān)載量和較短的煙氣與催化劑接觸時(shí)間的基礎(chǔ)上達(dá)到煙氣凈化的高效化以及使用壽命的長(zhǎng)效化。此外濾餅清灰過(guò)程中，反向脈沖吹灰引起的機(jī)械振蕩和高低溫引起的熱沖擊比較敏感，陶瓷管容易裂、活性組分容易脫落等。因此，為解決上述問(wèn)題，改良傳統(tǒng)制備工藝，或探索高效活性組分與陶瓷過(guò)濾器復(fù)合新方藝和開發(fā)新型催化過(guò)濾材料，都是解決當(dāng)前陶瓷過(guò)濾催化問(wèn)題的關(guān)鍵。

4 對(duì)比分析

由于現(xiàn)有陶瓷管一體化脫除技術(shù)已在很多非電領(lǐng)域上有所應(yīng)用，例如玻璃、焦化、垃圾焚燒等。以國(guó)內(nèi)某個(gè)年產(chǎn)220×104t 的焦化廠每小時(shí)處理20×104m3的煙氣流量為例，計(jì)算了不同技術(shù)的投資成本和運(yùn)行成本，不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。從表1可以看出，煙氣多污染物一體化脫除技術(shù)的脫硝效率較傳統(tǒng)技術(shù)更高，催化劑不易失活，且投資成本和運(yùn)行成本均比傳統(tǒng)串聯(lián)法技術(shù)更低。

而在一體化脫除技術(shù)中，陶瓷過(guò)濾管一體化技術(shù)的投資成本和運(yùn)行成本較氧化濕法脫硫脫硝一體化技術(shù)和活性炭吸附干法脫硝一體化技術(shù)相比更低。由此可以看出，陶瓷過(guò)濾管一體化技術(shù)具有系統(tǒng)效率高（對(duì)高濃度NOx、HF、SOx、粉塵、二英、重金屬、堿金屬組分可同時(shí)高效脫除）、使用壽命長(zhǎng)（陶瓷濾管規(guī)避了煙氣顆粒對(duì)脫硝催化劑的磨損、堵塞、中毒等不良影響，催化劑壽命可提高一倍）、占地面積?。ㄒ惑w化系統(tǒng)相當(dāng)于傳統(tǒng)環(huán)保占地面積的60%）、運(yùn)行費(fèi)用低（一體化系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)于傳統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用的40%）、應(yīng)用領(lǐng)域廣（通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控脫硝催化劑的配方及陶瓷膜的孔隙率，可針對(duì)具體應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)相應(yīng)的煙氣脫硫脫硝除塵一體化陶瓷催化材料）等優(yōu)點(diǎn)，是最具有市場(chǎng)前景的煙氣污染物治理技術(shù)，有望將來(lái)用于燃煤電廠的煙氣處理中。

表1 以年產(chǎn)220×104t的焦化廠,每處理20×104Nm3/h的煙氣流量計(jì)算對(duì)比各種方法

5 總結(jié)與展望

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各行各業(yè)的燃燒煙氣中各污染物的排放控制越來(lái)越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的串聯(lián)脫除工藝不僅系統(tǒng)龐大復(fù)雜、占地面積大，對(duì)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行要求也更高，而工藝流程短的一體化協(xié)同脫除技術(shù)是未來(lái)煙氣多污染治理的發(fā)展趨勢(shì)，特別適合在中小型工業(yè)燃燒煙氣凈化領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。針對(duì)中小型工業(yè)設(shè)備的、高溫、高含塵煙氣的凈化需求，陶瓷過(guò)濾-催化器技術(shù)成為一個(gè)年輕但富有應(yīng)用前景的一體化協(xié)同脫除新技術(shù)。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于陶瓷過(guò)濾管催化劑的研究尚未有大規(guī)模報(bào)道，且主要從過(guò)濾元件的選材和負(fù)載活性組分催化劑的方法這兩方面，圍繞過(guò)濾管催化元件的催化活性、對(duì)過(guò)濾壓降的影響及性能穩(wěn)定性而展開。這些研究取得了一定的成果，推動(dòng)了陶瓷過(guò)濾管催化劑技術(shù)的發(fā)展。今后可以圍繞以下幾個(gè)方面進(jìn)行更深入的研究：①針對(duì)不同材質(zhì)的陶瓷管過(guò)濾元件開發(fā)適合的催化劑負(fù)載技術(shù)，使催化劑顆粒均勻分布在過(guò)濾元件內(nèi)孔孔道上，降低過(guò)濾阻力并提高反應(yīng)活性；②開發(fā)適合的低溫催化脫硝催化劑，將陶瓷過(guò)濾管催化劑的功能擴(kuò)展到較低溫度下運(yùn)行的系統(tǒng)；③開發(fā)具有耦合集成具有一體化脫除VOCs 和酸性組分功能的陶瓷管過(guò)濾催化器；④高壓操作條件下的陶瓷過(guò)濾管催化劑的性能研究；⑤復(fù)雜煙塵條件對(duì)過(guò)濾阻力、清灰頻率和能耗以及清灰過(guò)程可能造成的催化劑活性組分脫落等問(wèn)題的研究，提出增強(qiáng)陶瓷過(guò)濾管催化劑結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定性以延長(zhǎng)使用壽命的方案；⑥探索拓展陶瓷過(guò)濾管催化劑的應(yīng)用場(chǎng)景，并進(jìn)行相應(yīng)的工業(yè)規(guī)模的中試研究和放大生產(chǎn)。