【摘要】：低溫選擇性催化劑還原(SCR)脫硝技術(shù)在降低鋼鐵燒結(jié)煙氣氮氧化物排放方面具有廣闊的應(yīng)用前景。低溫SCR脫硝催化劑作為該技術(shù)的核心環(huán)節(jié)仍面臨低溫活性及抗硫性能差的問(wèn)題,制約其工業(yè)化應(yīng)用。本文從對(duì)傳統(tǒng)Mn/Ti催化劑的改性出發(fā),對(duì)稀土元素Ho和Nd改性的Mn/Ti催化劑進(jìn)行了脫硝性能測(cè)試,同時(shí)通過(guò)比表面積及孔容孔徑測(cè)試(BET)、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、程序升溫還原(TPR)、程序升溫脫附(TPD)、熱重分析(TG)、原位漫反射傅里葉變換紅外光譜(in situ DRIFTS)和X射線光電子能譜(XPS)等表征技術(shù)對(duì)催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和脫硝機(jī)理進(jìn)行研究和分析,篩選出滿足燒結(jié)煙氣工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的低溫脫硝催化劑配方。在此基礎(chǔ)上,對(duì)優(yōu)選出的催化劑進(jìn)行了抗硫抗水性能測(cè)試,提出了改性催化劑的抗硫機(jī)理;并且對(duì)失活催化劑進(jìn)行再生方式及其再生機(jī)制的探究。采用浸漬法制備了Nd改性的Mn/Ti催化劑和Ho改性的Mn/Ti催化劑,經(jīng)過(guò)脫硝活性測(cè)試和表征測(cè)試發(fā)現(xiàn),Ho_2O_3和Nd_2O_3的摻雜可以提升Mn/Ti催化劑的低溫脫硝活性并且拓寬反應(yīng)溫度窗口。在100℃時(shí),0.2HoMn/Ti催化劑的脫硝效率高達(dá)94.46%,在140~220℃的溫度區(qū)間內(nèi)脫硝效率接近100%。改性后的催化劑具有高比表面積、強(qiáng)氧化還原能力、豐富的表面酸位點(diǎn)、高濃度的Mn~(4+)和表面吸附氧等特點(diǎn),NH_3的吸附活化能力和NO向NO_2氧化的能力得到增強(qiáng),從而脫硝性能提升。其中,Ho改性催化劑遵循Langmuir Hinshelwood(L-H)機(jī)理和Eley Rideal(E R)機(jī)理。針對(duì)Ho改性催化劑進(jìn)行抗硫抗水性研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ho改性催化劑相比于Mn/Ti催化劑可以更有效的提高催化劑的抗硫性。在SO_2存在的情況下,Mn/Ti催化劑的L-H和E-R機(jī)理都受到明顯抑制,而對(duì)Ho改性后的催化劑而言,SO_2對(duì)于NO在催化劑表面的吸附活化影響較弱,因此L-H反應(yīng)路徑受到SO_2的抑制程度較弱。并且SO_2基本不會(huì)影響NH_3在催化劑表面的吸附活化,Ho改性催化劑在SO_2存在的條件下E-R反應(yīng)機(jī)理占主導(dǎo)地位。因此,Ho改性后的催化劑具有良好的抗硫性。對(duì)失活催化劑進(jìn)行水洗再生實(shí)驗(yàn)和在氮?dú)�、氨氣和氫氣氛圍下的熱再生�?shí)驗(yàn),再生效果依次為:水洗N_2-350NH_3-450H_2-450。超聲水洗具有最佳的再生效果,在220℃時(shí)可以恢復(fù)92.4%的脫硝效率。水洗再生的原理是通過(guò)去離子水清洗催化劑表面的溶解性物質(zhì)以及部分顆粒物,從而去除部分導(dǎo)致催化劑中毒失活的物質(zhì)(硫酸銨鹽、硫酸金屬鹽等)以達(dá)到改善催化劑的表面形貌以及微觀結(jié)構(gòu)的目的,因此失活催化劑恢復(fù)了部分脫硝活性。
【圖文】：

圖 1-2 錳基催化劑 SO2失活機(jī)制[79]Fig.1-2 SO2inactivation mechanism of manganese-based catalyst[79]研究了硫酸金屬鹽在浸漬了(NH4)2SO4的 Fe-Mn-Ce/Ti 催化 結(jié)果可知，(NH4)2SO4分解產(chǎn)生的 SO3會(huì)和活性組分 Mn 反認(rèn)為 SO2和活性組分 Mn 并不會(huì)直接生成 MnSO4。的影響以降低催化活性，對(duì)低溫 SCR 具有顯著的抑制作用。H2OCR 的反應(yīng)過(guò)程中，參見(jiàn)公式 1-1。這意味著水蒸氣的存在然可以提高催化劑的脫硝活性，然而，水蒸氣的存在將進(jìn)一催化劑活性降低的原因主要是由于 H2O 的競(jìng)爭(zhēng)吸附。許多研 H2O 覆蓋了 NO 和 NH3吸附位點(diǎn)[82, 83]。Chen[84]等人對(duì) Mn研究，發(fā)現(xiàn) H2O 抑制了 NOx 的吸附。Xiong[85]等人發(fā)現(xiàn) H化還原能力。

統(tǒng)的管式爐提供脫硝反應(yīng)所需的溫度環(huán)境。由 Testo350-XL 型煙氣分析儀對(duì)煙氣成分進(jìn)行定量分析。粉末狀催化劑活性評(píng)價(jià)裝置的實(shí)物圖如圖 2-2 所示。圖2-2 粉末狀催化劑活性評(píng)價(jià)裝置的實(shí)物圖Fig.2-2 Physical map of powdery catalyst activity evaluation device催化劑活性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的脫硝效率，由以下公式計(jì)算得到：NO 轉(zhuǎn)化率 = , , , × 100% （2-1）其中C = 2，，式中下標(biāo) in 表示進(jìn)口煙氣氣體組分濃度、out 表示經(jīng)反應(yīng)后尾氣中氣體組分濃度。2.6 催化劑中毒與再生實(shí)驗(yàn)中毒與再生實(shí)驗(yàn)均在活性評(píng)價(jià)裝置中完成。模擬中毒時(shí)，Ф(NO) = Ф(NH3) = 0.05
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X757;TQ426

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711146