【摘要】：為控制燃煤煙氣中二氧化硫、氮氧化物和汞排放,燃煤電廠(chǎng)一般選用濕法脫硫、選擇性催化還原脫硝和活性炭噴射吸附脫汞等方法,這種分級(jí)串聯(lián)式的治理方式明顯存在著氨逃逸、占地面積大、投資和運(yùn)行費(fèi)用高以及系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺陷。因此,研發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)和二次污染低的煙氣同時(shí)脫硫脫硝脫汞新技術(shù)成為大氣污染控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。本論文主要工作如下:實(shí)驗(yàn)研究了多種催化劑的合成條件,制備出四種鐵基催化劑,通過(guò)一系列污染物脫除實(shí)驗(yàn)比較并評(píng)估了其對(duì)污染物脫除效果及穩(wěn)定性的影響,篩選出理想的復(fù)合鐵型催化劑,并在自行設(shè)計(jì)的類(lèi)氣相催化氧化結(jié)合液相吸收實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上考察了不同反應(yīng)條件對(duì)催化氧化同時(shí)脫硫脫硝脫汞效率的影響,形成了三種由催化劑和不同自由基活性物種構(gòu)成的同時(shí)脫硫脫硝脫汞催化氧化體系:(1)利用制備的由Fe0和Fe3O4組成的復(fù)合鐵型催化劑,活化蒸氣態(tài)H2O2和少量氯化氫產(chǎn)生羥基自由基(·OH)和含氯自由基等活性物種,實(shí)現(xiàn)了難溶性氣態(tài)污染物NO和Hg0的快速氧化及氧化產(chǎn)物和SO2的吸收,得到的平均脫硫脫硝脫汞效率分別達(dá)到99.8%、82.7%和90.1%;(2)將含有Fe0、Fe3O4的復(fù)合鐵型催化劑負(fù)載于ZSM-5分子篩,形成負(fù)載型鐵基催化劑(Fe/ZSM-5),用于催化活化過(guò)硫酸鹽溶液產(chǎn)生·OH和硫酸根自由基(SO4·-)等氧化性物種,快速將煙氣中NO和Hg0氧化并被反應(yīng)溶液吸收,平均脫硫脫硝脫汞效率分別達(dá)到100%、72.6%和93.4%;(3)利用Fe/ZSM-5催化劑活化由H202和過(guò)硫酸鹽組成的蒸氣態(tài)復(fù)合氧化劑產(chǎn)生·OH和SO·-等氧化性物種,實(shí)現(xiàn)了 NO和Hg0的高效氧化且其氧化產(chǎn)物和殘余的SO2被Ca(OH)2溶液吸收,獲得平均脫硫脫硝脫汞效率分別為99.8%、95.5%和90.8%。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究,提出了三種基于催化氧化和液相吸收的同時(shí)脫除煙氣中SO2、NO和Hg0的新方法。采用X射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線(xiàn)光電子能譜分析(XPS)、傅立葉紅外光譜(FT-IR)和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)等表征手段,分析并比較了催化氧化反應(yīng)前后催化劑組分和結(jié)構(gòu)屬性的變化,證實(shí)了在復(fù)合鐵型催化劑內(nèi)存在FeG和Fe3O4兩種物種,并可發(fā)生Fe0、Fe2+和Fe3+之間的電子轉(zhuǎn)移,使得Fe2+在催化劑中穩(wěn)定存在,促進(jìn)了 H202和過(guò)硫酸鹽的催化活化,利于·OH和SO4·-等氧化性物種的生成,提高了多污染物的脫除效率。透射電子顯微鏡(TEM)、XRD和FT-IR等表征方法對(duì)負(fù)載型鐵基催化劑Fe/ZSM-5分析表明,催化劑內(nèi)Fe0和Fe3O4球形顆粒的直徑介于40-90 nm,且均勻分散于載體表面,有效避免了顆粒之間的團(tuán)聚,且部分Fe0和Fe304進(jìn)入分子篩骨架內(nèi),提高了催化劑的穩(wěn)定性;磁飽和強(qiáng)度計(jì)(VSM)測(cè)得Fe/ZSM-5的飽和磁化強(qiáng)度為55.19 emu/g,表明在外加磁場(chǎng)條件下,制備的催化劑可實(shí)現(xiàn)回收利用。借助紫外可見(jiàn)光譜(Uv-Vis)、自由基淬滅實(shí)驗(yàn)和電子順磁共振(EPR)測(cè)試等手段,證實(shí)了催化氧化過(guò)程中·OH和SO4·-的存在,并比較了不同催化氧化條件下自由基產(chǎn)量的差異;利用熒光光譜儀(AFS)、汞程序升溫解吸(Hg-TPD)和離子色譜(IC)等手段分析了脫除產(chǎn)物,確定了 CaSO4、Ca(NO3)2、HgO、HgCl2和HgSO4等為催化氧化脫硫脫硝脫汞的主要脫除產(chǎn)物。在此基礎(chǔ)上,參考大量相關(guān)文獻(xiàn),提出了催化氧化脫硫脫硝脫汞反應(yīng)機(jī)理。
【圖文】：

，脫硝后的活性炭在吸收塔下段將煙氣中Ｓ邋０邋２吸附，在氧氣和水蒸氣的存在在活性炭表面產(chǎn)生硫酸后被水吸收并形成硫酸溶液。使用后的活性炭被輸解吸塔內(nèi)進(jìn)行加熱再生，可實(shí)現(xiàn)活性炭的循環(huán)使用。該項(xiàng)技術(shù)既可以實(shí)現(xiàn)中ＳＯｄＰＮＯｘ同時(shí)有效的脫除，也可對(duì)顆粒物和重金屬有協(xié)同脫除作用１１５１方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資費(fèi)川較低和活性炭可以循環(huán)使用，缺括吸附劑消耗量大、運(yùn)行費(fèi)用高等。許多研宄者還嘗試對(duì)活性炭進(jìn)行改性變其結(jié)構(gòu)特性和表面酸堿性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸附能力的進(jìn)？？步提升｜１６１。但由于煙氣總量較多，改性后的活性炭依然面臨著活性炭消耗量人等缺陷。逡逑活性炭噴射脫汞技術(shù)（ＡＣＩ）在治理燃煤煙氣重金屬污染領(lǐng)域己經(jīng)具為成熟的工業(yè)應(yīng)用，通過(guò)往煙道內(nèi)噴射活性炭將煙氣汞吸附或催化氧化成汞，然后被后續(xù)除塵裝置捕獲，該方法的最高脫汞效率可達(dá)９９％。按照噴置的差異，該技術(shù)主要分為靜電除塵器前噴射和布袋除塵器前噴射兩種。相比，布袋除塵器前噴射技術(shù)對(duì)除塵設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和粉煤灰的品質(zhì)影響但多數(shù)燃煤電廠(chǎng)廣泛采用的的除塵設(shè)備卻是靜電除塵器。閣１－２為活性炭噴汞流程圖。逡逑吸附

２．２實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和系統(tǒng)逡逑２．２．１類(lèi)氣相催化氧化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逡逑類(lèi)氣相催化氧化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖２－１所示，，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由模擬煙氣控制系逡逑統(tǒng)、類(lèi)氣相氧化劑發(fā)生系統(tǒng)、催化氧化反應(yīng)系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)和尾氣檢測(cè)系統(tǒng)五部逡逑分組成。逡逑——ＤＳ＇ｌ邐？邋ＭＦＣ邋—逡逑夏邋邐邋柋＾邋１１逡逑２邐Ｉ邋Ｄ０３邋－ＭＦＣ邋—邐！邐邋［ 邐邐逡逑Ｉ邋＾邋Ｉ邋ｍ邐Ｘ邋２３邋．逡逑３邐：：邋—Ｄ８ｄ——＊邋ＭＦＣ邐」邐0逡逑Ｉ邐ｉ0邋＇邋ｉｎ邋Ｉ邐？逡逑Ａ邐ｒ－ｎ邋＇？邐ＵＡＬ－ａ邐２２邐邐逡逑４邋—Ｄ０Ｏ￣￣｜ＭＲ邐ＴＣ邐２２逡逑Ａ邐￣Ｉ邐ｖ邐”邋１７邐邐ｆ邋Ｉ邐ｆｆｌ？）逡逑６［｜－０８Ｑ－邋ＭＦＣ邋—邋Ｈｇ＾＞邐１９＾｜邐ｒ邋Ｈ逡逑９邋Ｉ邐Ｉ邋—邋２０邋—＼ｍ逡逑：三廠(chǎng)邋：邐２１逡逑｜＿＿邋：邋＿邋￣逡逑圖２－１類(lèi)氣相催化氧化實(shí)驗(yàn)示意圖逡逑１－４邋Ｓ０２，邋ＮＯ，邋０２，邋Ｃ０２鋼瓶；５，邋６－Ｎ２鋼瓶；７－減壓閥；８－質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X773

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2690791