本文關(guān)鍵詞：釩鈦系SCR脫硝催化劑制備和催化劑失活及再生試驗(yàn)研究

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【摘要】：氮氧化物(NOx)已成為影響全國空氣質(zhì)量的重要因素之一,其排放造成的霧霾、酸雨等二次污染使我國城市面臨嚴(yán)重的環(huán)境污染。以NH3為還原劑的選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(shù)是目前脫除煙氣中NOx最成熟的技術(shù)。催化劑是SCR脫硝技術(shù)的核心,它是影響整個(gè)SCR系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和脫硝效果的主要因素。我國燃煤成分復(fù)雜,并且以煤炭為主要能源的現(xiàn)狀在近段時(shí)間內(nèi)很難改變,其含有的堿(土)金屬和砷等成分易造成催化劑失活。因此,研究脫硝催化劑對(duì)我國燃煤的適應(yīng)性具有重要的戰(zhàn)略意義。本文以三種不同TiO2為載體,采用浸漬法制備V2O5-MoO3/TiO2 SCR脫硝催化劑,考察了TiO2織構(gòu)結(jié)構(gòu)和活性組分配比對(duì)脫硝催化劑性能的影響;并以性能優(yōu)異的催化劑為基礎(chǔ),通過浸漬法制備堿(土)金屬氧化物(K2O,Na2O和CaO)中毒催化劑,對(duì)其脫硝活性以及物化性質(zhì)的變化進(jìn)行了對(duì)比研究;以及采用BET、SEM、XRF、Raman等表征手段研究了國內(nèi)某電廠長時(shí)間高溫運(yùn)行的板式SCR脫硝催化劑的失活原因,并采用復(fù)合再生技術(shù)對(duì)該催化劑進(jìn)行了再生研究,論文得到如下結(jié)論:(1)分析了載體TiO2織構(gòu)結(jié)構(gòu)和活性組分配比對(duì)V2O5-MoO3/TiO2 SCR脫硝催化劑表面性質(zhì)及其催化性能的影響,發(fā)現(xiàn)銳鈦礦型TiO2載體的比表面積較大且為介孔時(shí),越利于活性組分和助劑在其表面的分散,由此催化劑獲得更強(qiáng)的氧化還原性和酸性,促進(jìn)了催化劑上SCR反應(yīng)的進(jìn)行;V2O5和MoO3的最佳配比(質(zhì)量比)為1.25:6,以此配比制備的催化劑,在空速10000 h-1及氨氮比1.0條件下,脫硝率在350~450℃溫窗內(nèi)可達(dá)90%以上,且具有相對(duì)較小的氨氣氧化率。(2)對(duì)比研究了堿(土)金屬氧化物(K2O,Na2O和CaO)中毒催化劑中不同K/V、Na/V、Ca/V摩爾比(0.3、0.5、1.0和2.0)對(duì)催化劑脫硝性能的影響。K、Na和Ca的添加,均會(huì)使催化劑比表面積、表面酸量、氧化還原性能降低,由此造成催化劑SCR反應(yīng)能力下降,且毒化作用強(qiáng)弱順序?yàn)镵2ONa2OCaO。催化劑K/Na失活主要是因?yàn)閴A性較強(qiáng)的K和Na中和了催化劑表面Br?nsted活性酸位,抑制了NH3在脫硝催化劑表面的吸附和活化,屬于化學(xué)中毒。而Ca的添加導(dǎo)致催化劑活性下降主要是由毒物引起的物理失活,即氧化鈣在催化劑表面沉積和遮蔽活性位點(diǎn)。(3)板式SCR脫硝催化劑經(jīng)過380℃運(yùn)行30,000h后,其脫硝率顯著下降,在空速10000 h-1時(shí)脫硝率僅為50%,同新鮮催化劑相比下降近49%;失活催化劑表面沉積大量的飛灰且伴隨燒結(jié)現(xiàn)象,造成孔隙結(jié)構(gòu)堵塞,比表面積和孔容急劇下降,降低幅度分別為42.96%和54.19%;通過XRF表征發(fā)現(xiàn)失活催化劑中Al、Na、Mg、S、K和Ca含量增加,它們對(duì)催化劑具有較強(qiáng)的毒化作用,造成表面活性酸位數(shù)量由0.361mmol/g減少至0.240mmol/g且強(qiáng)度降低,影響還原劑NH3的吸附從而導(dǎo)致催化劑失活;失活催化劑晶型并未發(fā)生明顯變化,載體Ti O2仍以銳鈦礦型存在,助劑MoO3主要以無定形態(tài)高分散的形式分布在TiO2載體表面,但活性組分V2O5分散度降低,且V2O5和MoO3的含量分別降低了0.15wt.%和0.42wt.%。將失活催化劑經(jīng)復(fù)合再生技術(shù)處理后,表面的主要致毒物質(zhì)被去除,且孔隙結(jié)構(gòu)和活性組分得到了恢復(fù),從而比表面積和脫硝率大幅度提高,分別增至69.74m2·g-1和95%。
【關(guān)鍵詞】：選擇性催化還原(SCR) 載體TiO_2 V_2O_5-MoO_3/TiO_2 堿(土)金屬 中毒
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X701;O643.36
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 課題背景10
• 1.2 固定源氮氧化物控制技術(shù)10-13
• 1.3 SCR煙氣脫硝技術(shù)13-20
• 1.3.1 SCR反應(yīng)的基本化學(xué)原理13
• 1.3.2 SCR脫硝催化劑13-15
• 1.3.3 釩系SCR脫硝催化劑反應(yīng)機(jī)理15-20
• 1.4 釩系SCR脫硝催化劑失活及再生研究20-26
• 1.4.1 釩系SCR脫硝催化劑失活研究20-23
• 1.4.2 釩系SCR脫硝催化劑再生研究23-26
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容26-28
• 2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法28-34
• 2.1 化學(xué)試劑與儀器設(shè)備28-29
• 2.1.1 化學(xué)試劑28
• 2.1.2 儀器設(shè)備28-29
• 2.2 催化劑活性評(píng)價(jià)29-30
• 2.3 催化劑的表征30-34
• 2.3.1 晶型結(jié)構(gòu)分析30
• 2.3.2 BET比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析30
• 2.3.3 傅里葉變換紅外（FT-IR)光譜分析30
• 2.3.4 表面酸性及氧化還原特性分析30-31
• 2.3.5 紫外-可見漫反射光譜分析31-32
• 2.3.6 掃描電子顯微鏡（SEM）32
• 2.3.7 X射線熒光（XRF)分析32
• 2.3.8 可見拉曼（Raman）分析32-34
• 3 制備條件對(duì)SCR脫硝催化劑表面性質(zhì)及其催化性能的影響34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 載體對(duì)SCR脫硝催化劑表面性質(zhì)及其催化性能的影響34-43
• 3.2.1 催化劑制備34-35
• 3.2.2 催化活性分析35-37
• 3.2.3 晶型結(jié)構(gòu)分析(XRD)37
• 3.2.4 BET比表面積及孔徑分析37-39
• 3.2.5 紫外可見漫反射光譜分析（UV-vis DRS)39-40
• 3.2.6 氧化還原性能分析（H_2-TPR)40-41
• 3.2.7 表面酸性分析(NH_3-TPD)41-43
• 3.3 釩/鉬比對(duì)催化劑SCR性能的影響43-46
• 3.3.1 不同釩/鉬比的催化劑制備43
• 3.3.2 催化活性分析43-45
• 3.3.3 BET比表面積及孔徑分析45
• 3.3.4 氧化還原性能分析（H_2-TPR)45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 4 堿（土）金屬對(duì)SCR脫硝催化劑性能的影響48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 堿（土）金屬對(duì)催化劑性能的影響48-57
• 4.2.1 模擬堿（土）金屬中毒催化劑制備48-49
• 4.2.2 催化活性分析49-51
• 4.2.3 氧化還原性能分析（H_2-TPR)51-53
• 4.2.4 表面酸性分析(NH_3-TPD)53-54
• 4.2.5 BET比表面積及孔徑分析54-55
• 4.2.6 紅外分析55-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 5 商品SCR脫硝催化劑失活原因初探和再生58-72
• 5.1 引言58
• 5.2 商品SCR脫硝催化劑失活原因初探58-66
• 5.2.1 失活催化劑的活性評(píng)價(jià)58-59
• 5.2.2 X射線衍射分析（XRD）59-60
• 5.2.3 BET比表面積及孔結(jié)構(gòu)分析60-61
• 5.2.4 掃描電鏡分析（SEM)61
• 5.2.5 X射線熒光分析（XRF)61-62
• 5.2.6 表面酸性分析(NH_3-TPD)62-64
• 5.2.7 氧化還原性能分析（H_2-TPR)64
• 5.2.8 可見拉曼（Raman）分析64-66
• 5.3 失活商品催化劑的再生66-70
• 5.3.1 失活商品催化劑的再生過程66-67
• 5.3.2 再生過程對(duì)催化劑性能的影響67-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 6 結(jié)論72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-84
• 附錄84
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果84

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：915444