本文關鍵詞：微波椰殼活性炭催化劑同時脫除燃煤煙氣中NO_x、Hg~0的研究

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【摘要】：氮氧化物(NOx),是大氣中常見的主要污染物之一,是我國“十二五”及今后相當長時期減排目標重點控制的大氣污染物之一。氣態(tài)汞(Hg0)因其全球遷移性和生物危害性,已成為全球廣泛關注的大氣環(huán)境污染物之一。我國是能源消耗大國,隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,煤炭能源在我國結構中長期占一次能源消費總量的比例接近甚至高于75%。我國以煤為主的能源結構決定了我國大氣污染的特征為燃煤煙氣型污染。燃煤煙氣中所包含的大量氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、Hg等污染物,會造成嚴重的環(huán)境污染問題。在大多數(shù)燃煤電廠中,一般先采用石灰石濕法將高濃度SO2進行脫除,然后再對尾氣進行脫硝除塵處理�，F(xiàn)應用最廣的SCR技術工藝成熟,效率高,應用廣泛,但存在反應溫度高(一般在450℃左右)等問題�？紤]到我國燃煤電廠多數(shù)配有SCR裝置的現(xiàn)狀,并受到選擇性催化氧化氣態(tài)汞技術的啟發(fā),本研究嘗試將目前應用最為成熟的SCR脫硝技術與催化氧化汞技術相結合,提出了低溫條件下同時脫除燃煤煙氣中硝汞的思路,在保證原有脫硝的高性能前提下,同時實現(xiàn)低溫條件下氣態(tài)汞的催化脫除。本文針對催化劑制備條件(載體、活性組分、負載量、焙燒溫度)和反應條件等對同時脫硝脫汞的影響進行了評價,嘗試制備出一種性能穩(wěn)定、高效的低溫脫硝脫汞催化劑,并通過借助比表面積(BET)、X晶格射線衍射(XRD)、NH3程序升溫脫附(NH3-TPD)、CO脈沖化學吸附(CO chemisorption)、原位漫反射傅里葉變換紅外光譜(in suit-DRIFTS)等表征手段嘗試對材料的結構、表面特性以及可能的反應機理進行探索分析。本研究實驗所模擬煙氣總流量為500mL/min,613.5mg/m3 (500ppm) NO, 25-35μg·m-3 Hg,417.2 mg/m3 (600ppm) NH3,3%O2, N2作為平衡氣,體積空速為30000h-1。首先通過考察不同載體、活性組分、Cu負載量,Cu前驅體、焙燒溫度等因素來確定最佳的催化劑制備工藝。通過六種不同載體催化活性的比較,選定微波椰殼活性炭(MCSAC)作為本研究的催化劑載體。不同金屬改性催化劑所表現(xiàn)出的催化活性表明,Cu改性的MCSAC催化劑具有最佳的脫硝效率�？疾斓奈宸N不同Cu負載量中,脫除效率隨著Cu負載量的增加先增大后減小,15%為最佳Cu負載量：在200-225℃反應溫度范圍內(nèi),其脫硝率為75.7%,脫汞率為64.9%,其N20的生成量均低于55ppm,其N2選擇性大于60%。焙燒溫度對脫除效果的影響較為復雜,溫度過低和過高都不利于催化劑的活性,最佳焙燒溫度為400℃。在確定Cu/MCSAC催化劑的最佳制備條件之后,為了提高其脫硝率、脫汞率及N2選擇性,本研究對進行了雙組份負載的考察。通過對第二金屬種類、負載量及前驅體等方面的篩選來確定Cu/MCSAC催化劑最佳二次負載條件,得出了以下結論：通過Fe(NO3)3改性的15%Cu-5%Fe/MCSAC催化劑具有最佳的脫除效率,即在225℃時可達到脫硝率為86%,脫汞率為61%,N20生成量低于55ppm(N2選擇性大于76%)。研究中考察了氨氮比、02濃度、反應空速、H20和SO2的添加等工藝參數(shù)對于Cu-Fe/MCSAC催化劑低溫同時脫硝脫汞活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)選NH3/NO摩爾比1.2為Cu-Fe/MCSAC催化劑低溫同時脫除硝汞實驗的氨氮比；本研究所選O2濃度為3%；隨著空速的增大,NO和Hg0的脫除效率逐漸下降�？账贋�20000h-1和70000h-1時,其在225℃下脫硝率分別為90%、74%,脫汞率分別為66%、44%,N20生成量分別為70ppm、89ppm,綜合起來優(yōu)選空速為30000h-1�？顾沽蚓C合實驗結果如下：反應正常進行30min后,脫硝率穩(wěn)定在88%左右,脫汞率穩(wěn)定在60%左右,N20生成量在76ppm左右(N2選擇性為62%)。開始通入H20與802后,脫硝率降為54%,脫汞率降為42%。在反應120min后停止通入H20與S02,催化劑活性有一定的恢復,脫硝率恢復至79%,脫汞率恢復為44%,N20生成量降為55ppm(N2選擇性為40%)。在H20與SO2通入后Cu-Fe/MCSAC催化劑出現(xiàn)了一定程度的中毒現(xiàn)象。與此同時,綜合in suit-DRIFTS等表征結果和對比試驗結果分析,研究認為在Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞的反應中,在催化劑表面先發(fā)生NO、NH3和Hg0的吸附,吸附后的NO隨即與O2反應生成N02,進而被氧化為亞硝酸鹽或硝酸鹽。然后吸附態(tài)NH3和亞硝酸鹽或硝酸鹽反應生成N2、吸附態(tài)Hg0與O2反應生成HgO,從而導致了NOx和Hg0的脫除。
【關鍵詞】：燃煤煙氣 微波椰殼活性炭 氮氧化物 零價汞 選擇性
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X701;O643.36
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-15
• 第一章 緒論15-19
• 1.1 研究背景及意義15-17
• 1.2 課題研究內(nèi)容17-19
• 第二章 文獻綜述19-29
• 2.1 NO_x和Hg~0的性質(zhì)、來源及危害19-20
• 2.2 燃煤煙氣脫硝技術現(xiàn)狀20-23
• 2.2.1 選擇性催化還原脫硝技術20-21
• 2.2.2 選擇性催化氧化脫硝技術21
• 2.2.3 選擇性非催化還原脫硝技術21-22
• 2.2.4 微生物脫硝技術22
• 2.2.5 其他脫硝技術22-23
• 2.3 燃煤煙氣脫汞技術現(xiàn)狀23-25
• 2.3.1 吸附脫汞技術23
• 2.3.2 液相吸收脫汞技術23-24
• 2.3.3 催化氧化脫汞技術24
• 2.3.4 其他脫汞技術24-25
• 2.4 燃煤煙氣同時脫硝脫汞技術研究現(xiàn)狀與進展25-27
• 2.4.1 分子篩類催化劑25-26
• 2.4.2 炭基載體類催化劑26
• 2.4.3 金屬氧化物類催化劑26-27
• 2.5 本章小結27-29
• 第三章 實驗方法與裝置29-37
• 3.1 實驗系統(tǒng)、用品及方案設計29-33
• 3.1.1 實驗系統(tǒng)29-31
• 3.1.2 實驗氣體及試劑31-32
• 3.1.3 實驗方案32-33
• 3.2 催化劑制備33-34
• 3.3 同時脫硝脫汞催化性能評價34-35
• 3.3.1 催化劑的評價指標34
• 3.3.2 催化劑活性評價34-35
• 3.4 催化劑的表征35-37
• 3.4.1 BET35
• 3.4.2 XRD35-36
• 3.4.3 NH_3-TPD36
• 3.4.4 CO脈沖化學吸附36
• 3.4.5 TG-DTA36
• 3.4.6 in situ-DRIFTS36-37
• 第四章 Cu/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞性能研究37-55
• 4.1 載體材料對催化劑同時脫硝脫汞性能的影響37-41
• 4.2 金屬氧化物對催化劑同時脫硝脫汞性能的影響41-43
• 4.3 銅負載量對催化劑同時脫硝脫汞性能的影響43-47
• 4.4 銅前驅體對催化劑同時脫硝脫汞性能的影響47-48
• 4.5 焙燒溫度對催化劑同時脫硝脫汞性能的影響48-52
• 4.6 本章小結52-55
• 第五章 Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞性能研究55-63
• 5.1 二次負載活性組分對Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞性能的影響55-57
• 5.2 鐵負載量對Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞性能的影響57-59
• 5.3 鐵前驅體對Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞性能的影響59-60
• 5.4 本章小結60-63
• 第六章 Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞工藝條件優(yōu)化及機理分析63-79
• 6.1 煙氣組分對同時脫硝脫汞性能的影響63-66
• 6.1.1 NH_3/NO比對同時脫硝脫汞性能的影響63-65
• 6.1.2 氧氣濃度對同時脫硝脫汞性能的影響65-66
• 6.2 反應空速對同時脫硝脫汞性能的影響66-68
• 6.3 15%Cu-5%Fe/MCSAC催化劑抗水抗硫性能研究68-73
• 6.3.1 15%Cu-5%Fe/MCSAC催化劑抗水性能研究68-70
• 6.3.2 15%Cu-5%Fe/MCSAC催化劑抗硫性能研究70-71
• 6.3.3 15%Cu-5%Fe/MCSAC催化劑抗水抗硫性能研究71-73
• 6.4 Cu-Fe/MCSAC催化劑同時脫硝脫汞的反應機理探索73-77
• 6.5 本章小結77-79
• 第七章 結論與展望79-83
• 7.1 結論79-81
• 7.2 創(chuàng)新點81-82
• 7.3 展望82-83
• 致謝83-85
• 參考文獻85-95
• 附錄A 攻讀碩士學位期間的成果95-97
• 附錄B 攻讀碩士學位期間獲得的獎勵97-98
• 附錄C 攻讀碩士學位期間參與的項目98

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