【摘要】：在“金山銀山不如綠水青山”的大環(huán)境趨勢(shì)下,選擇性催化還原脫硝工藝技術(shù)(SCR)具有高的脫硝效率、好的選擇還原性和受煙氣的組成成分影響小等優(yōu)點(diǎn),而被全世界廣泛應(yīng)用,其中SCR催化劑主要由V、W和Ti等貴金屬氧化物組成,使用壽命一般在3~5年,廢棄后如不加以妥善處理,將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和資源浪費(fèi),為此處理SCR工藝產(chǎn)生的廢棄SCR催化劑將是構(gòu)建和諧社會(huì)、實(shí)現(xiàn)重化工工業(yè)綠色發(fā)展的重大問題之一。目前我國(guó)廢SCR催化劑多作填埋處理,這不僅會(huì)造成土地資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染,而且會(huì)使有價(jià)貴金屬流失。為開發(fā)廢SCR催化劑回收利用技術(shù),實(shí)現(xiàn)廢催化劑的無(wú)害化處置及其貴金屬資源化利用;本研究在分析工業(yè)脫硝方法及廢SCR催化劑的無(wú)害化處理原理的基礎(chǔ)上,通過熱力學(xué)計(jì)算,創(chuàng)新性地提出回收廢SCR催化劑中主要的V、W和Ti金屬的火法冶金方法。即把國(guó)內(nèi)某火電廠的廢SCR催化劑(釩鈦系)與碳、鐵和石灰等原料混合、造球、干燥后,裝入DHL-400型直流電弧爐中熔化、還原,在高溫熔融狀態(tài)下變成Fe-V-W系合金和高鈦渣,冷卻、分離后的Fe-V-W系合金和高鈦渣將分別用于合金鋼的冶煉和鈦白工業(yè)。另外,在實(shí)現(xiàn)上述廢SCR催化劑無(wú)害化、資源化處理的過程中發(fā)現(xiàn):廢催化劑的粉體物理特性是直流電弧爐加料、熔融還原過程中的重要工藝參數(shù),因此,進(jìn)行了廢SCR粉體物性的測(cè)定試驗(yàn)。本研究測(cè)定的廢SCR催化劑粉體物性參數(shù)主要有休止角、崩潰角、差角、平板角、分散度、松裝密度和振實(shí)密度等,并歸納整理、分析以上物性參數(shù)隨SCR催化劑顆粒直徑的變化規(guī)律。為工業(yè)化處理廢SCR催化劑(如廢棄SCR催化劑在廠房?jī)?nèi)的堆積,運(yùn)輸過程中使用運(yùn)輸工具的選擇,熔煉廠房?jī)?nèi)的上料方式,高位料倉(cāng)的設(shè)計(jì))提供了基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù);也為以廢SCR催化劑為原料冶煉高鈦渣和鐵合金的直流電弧爐設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)。對(duì)高危廢棄物-廢SCR催化劑的再資源化利用具有潛在的價(jià)值;對(duì)建設(shè)生態(tài)型和諧社會(huì)具有較大意義。把廢SCR催化劑、炭粉和鐵粉按一定比例混合、造球,并用直流電弧爐熔化還原成高溫熔融的Fe-V-W系合金和高鈦渣液相,經(jīng)冷卻、渣/鐵分離后,用SEM、XRD等分析手段檢測(cè)渣/鐵兩相試樣的化學(xué)成分與物相,用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)研究廢SCR催化劑再回收利用的理論基礎(chǔ)問題,探討其碳熱還原/熔融分離行為和機(jī)理。結(jié)果表明,廢SCR催化劑中有價(jià)金屬的回收率隨C/O、溫度、堿度和時(shí)間等條件而變。回收廢SCR催化劑中有價(jià)金屬元素的最佳工業(yè)參數(shù)為:熔池溫度為1650℃、C/O為1.0、堿度為1.0、熔融時(shí)間為10min。即可順利地實(shí)現(xiàn)含V、W的鐵合金與高鈦渣的完全分離。在此條件下Fe、V、W和TiO_2的回收率分別達(dá)到99%,97%,92%和94%水平。這對(duì)于開發(fā)廢SCR催化劑的回收再利用技術(shù),構(gòu)建和諧社會(huì)、實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X705;TF80
【圖文】：

圖 1-1 1995-2030 年間 NOx的排放趨勢(shì)Fig.1-1 NOx emission trends between 1995 and 2030又制定和頒布了一系列環(huán)保計(jì)劃和管理?xiàng)l例。2018 年 7 月，最衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》（以下簡(jiǎn)稱“計(jì)劃”），遼寧、河北等多省相針對(duì)煤電行業(yè)，國(guó)務(wù)院及地方《計(jì)劃》中均提出大力推進(jìn)燃煤東、江蘇、天津、河北、江西燃煤機(jī)組實(shí)施煙羽水汽回收脫白、水泥、化工等非電行業(yè)，《計(jì)劃》提出鋼鐵等行業(yè)實(shí)施超低平板玻璃、石化及化工等行業(yè)以氮氧化物和二氧化硫?yàn)橹饕鄹脑臁：颖睂?shí)施焦化、鋼鐵等行業(yè)有色煙羽治理；針對(duì)燃煤鍋及以上燃煤鍋爐節(jié)能和超低排放改造；針對(duì)生物質(zhì)鍋爐，河北浙江、江蘇等提出實(shí)施生物質(zhì)鍋爐超低排放改造。1 月《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法》施行，直接向環(huán)境排放污

性[21]、擴(kuò)大 SCR 脫硝反應(yīng)的溫度窗口[22]、抑制銳鈦礦向金紅O3的氧化[24]、提高催化劑的抗中毒能力[25, 26]等作用。截止到、鋼廠和焦化廠等對(duì) SCR 脫硝催化劑的使用量已經(jīng)多于 178量占了 13%左右；歐洲地區(qū)約占 30.1%；美國(guó)裝有 SCR 裝置的般以上[26]。我國(guó)在控制煙氣中有害物質(zhì)的排放起步比較晚，而以后才引起我國(guó)環(huán)保部門的重視。圖 1-2 為 2011-2030 年間我量的預(yù)測(cè)分析。由圖可知，隨著我國(guó)環(huán)境問題日益嚴(yán)重，人們烈，2012 年對(duì) SCR 催化劑的需求量急劇增加，并且 2018 年達(dá)隨新老機(jī)組更替的完成，燃燒技術(shù)的改進(jìn)等原因，在隨后的幾年量有所下降，但總的需求量仍然維持在較高的水平。由此可見里， SCR 脫硝技術(shù)將會(huì)被一直廣泛應(yīng)用，進(jìn)而其大的需求量

SCR 脫硝原理如圖 1-3 所示，在有 O2和催化劑同時(shí)存在的條件下，用還原劑 NH3把煙氣中的 NO 還原生成無(wú)害的 N2和 H2O。其具有選擇性是因?yàn)?NH3優(yōu)先與 NO 而不是 O2-反應(yīng)，但 O2能促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，是該工藝中不可或缺的部分。其主要的反應(yīng)如下。（）（）（）4NH6NO5N6HO1-34NH2NOO3N6HO1-24NH4NOO4N6HO1-1322322223222 其反應(yīng)溫度主要在 200～450℃范圍內(nèi)，當(dāng)溫度高于 400℃時(shí)，也會(huì)發(fā)生式（1-3）的反應(yīng)。SCR 脫硝過程是氣固反應(yīng)，為提高反應(yīng)效率，必須通過增大反應(yīng)物與催化劑之間的界面積來(lái)增大反應(yīng)面積；因此一般將催化劑的形狀做成蜂窩狀或板狀結(jié)構(gòu)，并在這些結(jié)構(gòu)上有許多氣孔，當(dāng)煙氣通過 SCR 催化劑時(shí)，其反應(yīng)機(jī)理過程主要包括以下六個(gè)子過程，整個(gè)過程如圖 1-4 所示。

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本文編號(hào)：2754903