氮氧化物是大氣的主要污染物之一,是造成光化學(xué)煙霧、酸雨和霧霾等環(huán)境問題的重要因素。選擇性催化還原(SCR)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種脫除氮氧化物(脫硝)的技術(shù)方式。由于目前使用的商業(yè)釩基催化劑存在低溫活性不高、抗水抗硫性能差、易發(fā)生堿/堿土金屬中毒、釩鹽自身有毒等缺點,因此開發(fā)高效、穩(wěn)定、環(huán)保的低溫SCR催化劑十分必要。本文以HZSM-5分子篩為載體,制備了系列銅基催化劑。考察了Cu的負載量、堿土金屬Ca的含量對催化劑SCR性能的影響;研究了助劑Zr對銅基催化劑抗Ca性能的影響;考察了MnCo浸漬的Cu-ZSM-5催化劑的催化性能,并對其反應(yīng)機理做了探討。得到的主要結(jié)果如下:(1)Cu的負載量及堿土金屬Ca含量對催化劑催化性能的影響采用浸漬法制備了一系列Cu/ZSM-5催化劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)Cu的負載量為4.0 wt%時,催化劑脫硝性能最好。Cu/ZSM-5浸漬堿土金屬Ca后,催化劑有一定程度的中毒。Ca的加入減少了催化劑的表面酸量、降低了催化劑表面CuO的分散度、抑制了CuO的還原、降低了催化劑表面的Cu原子的濃度。此外,隨著Ca含量的增加,催化劑表面微晶態(tài)CuO與離子態(tài)Cu~(2+)比值下降。這些因素的共同作用,降低了Cu/ZSM-5催化劑在NH_3-SCR反應(yīng)中的催化活性。(2)助劑Zr對Cu/ZSM-5催化劑抗Ca性能的影響摻雜助劑Zr可以提高Cu/ZSM-5催化劑的抗Ca中毒性能。當(dāng)Zr的摻雜量為0.10wt%時,催化劑的抗鈣性能最好。Zr的摻雜對Ca/Cu/ZSM-5催化劑中的酸性影響不大,但可以降低CuO和CaO之間的相互作用,增強CuO的還原性,增大催化劑中銅的比表面積,這是催化劑抗鈣性能提高的主要原因。(3)MnCo/Cu-ZSM-5催化劑的催化性能及其反應(yīng)機理的研究用離子交換法制備了Cu-ZSM-5催化劑,再將Mn和Co浸漬在Cu-ZSM-5上制得MnCo/Cu-ZSM-5催化劑。當(dāng)Mn:Co為1:2時,MnCo/Cu-ZSM-5的低溫催化活性最好,在150 ~oC時,NO_x的轉(zhuǎn)化率可以達到93%以上。在Cu-ZSM-5催化劑上浸漬Mn和Co后,增大了低溫下NO轉(zhuǎn)化成NO_2的轉(zhuǎn)化率、增強了催化劑的還原性、增加了催化劑表面金屬原子的濃度以及催化劑表面化學(xué)吸附氧含量,這些因素的共同作用提高了催化劑的低溫催化活性。通過原位紅外漫反射技術(shù)對反應(yīng)的機理進行了研究,發(fā)現(xiàn)在MnCo/Cu-ZSM-5催化劑上同時存在L-H反應(yīng)機理和E-R反應(yīng)機理。
【學(xué)位單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X701;O643.36
【部分圖文】：

借助催化劑的作用通過還原劑 NH3或者尿素將氮氧化物還原為無毒無害的 N2和 H2O進而到達脫除氮氧化物、凈化空氣的目的。該技術(shù)具有 NOx脫除效率高、N2的選擇高等優(yōu)點，與此同時，還具有運行穩(wěn)定、技術(shù)成熟等特點。其中以 NH3為還原劑的 S（NH3-SCR）技術(shù)的 NOx脫除效率非常高，可達 90%以上，在世界范圍內(nèi)得到了廣的應(yīng)用[21]。1.2 SCR煙氣脫硝技術(shù)1.2.1 SCR 煙氣脫硝的工藝固定源 NOx，如燃煤電廠、火電廠以及工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的氮氧化物，其脫除工藝統(tǒng)主要由催化劑、氨噴射系統(tǒng)和反應(yīng)器構(gòu)成。由于不同鍋爐的實際工況不同，在實際作過程中存在操作溫區(qū)差異大的問題。此外，不同燃料產(chǎn)生的粉塵濃度也不同。這些題決定了 SCR 脫硝工藝系統(tǒng)也不盡相同。當(dāng)前 SCR 脫硝工藝系統(tǒng)主要包括以下三種型：（1）低溫低塵布置：SCR 反應(yīng)器處于空氣預(yù)熱器和除塵脫硫裝置的下游：

固定源 NOx，如燃煤電廠、火電廠以及工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的氮氧化物，其脫除工要由催化劑、氨噴射系統(tǒng)和反應(yīng)器構(gòu)成。由于不同鍋爐的實際工況不同，在實程中存在操作溫區(qū)差異大的問題。此外，不同燃料產(chǎn)生的粉塵濃度也不同。這定了 SCR 脫硝工藝系統(tǒng)也不盡相同。當(dāng)前 SCR 脫硝工藝系統(tǒng)主要包括以下三低溫低塵布置：SCR 反應(yīng)器處于空氣預(yù)熱器和除塵脫硫裝置的下游：圖1.1低溫低塵SCR系統(tǒng)Fig. 1.1 SCR systems of low temperature and low dust高溫低塵布置：SCR 反應(yīng)器處于空氣預(yù)熱器和脫硫裝置上游，高溫除塵裝置

圖1.3高溫高塵SCR系統(tǒng)Fig. 1.3 SCR systems of high temperature and high dust中，圖 1.1，圖 1.2 和圖 1.3 中的：H（Air Heater）：空氣預(yù)熱器；SP（Electrotatic Precipitation）：靜電除塵器；GD（Flue Gas Desulfurization）：煙氣脫硫；GH（Gas-gas Heater）：煙氣換熱器。為滿足 SCR 催化劑最佳催化反應(yīng)溫度 300 ~ 450oC 的要求，目前國內(nèi)大多統(tǒng)采用的是高溫高塵布置，即 SCR 反應(yīng)裝置安裝在空氣預(yù)熱器、除塵裝置置的上游，這就導(dǎo)致運行過程中 SCR 催化劑普遍存在中毒、失活問題。由成本幾乎占脫硝工程總投資的 50%[22]，催化劑的使用壽命不但關(guān)系到煙氣中的脫除效率，還關(guān)系到脫硝系統(tǒng)的建設(shè)運行成本。如何盡可能地提高催化劑，最大程度的延長其使用壽命以及最大限度的減少工程投資成本，是當(dāng)前脫藝面臨的重要問題。.2.2 SCR 煙氣脫硝的基本化學(xué)原理
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本文編號：2852422