【摘要】：選擇性催化還原(SCR)技術被認為是脫除煙氣中NOx最有效的方法之一,然而結(jié)合鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣特點及現(xiàn)階段我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀,高昂的換熱器顯然不宜引入鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序的脫硝過程中,這就使其不再適用傳統(tǒng)火電廠的中高溫SCR工藝。因此低溫SCR工藝的開發(fā)日益成為越來越多研究者關注的焦點,但目前成果較少,尚不具備工業(yè)化應用水平。為了避免高粉塵高SO2濃度對催化劑使用壽命的影響,將低溫SCR工藝置于半干法脫硫技術之后成為一個較佳的選擇,在此低溫(200℃以下)、低S02濃度和高含濕量的工況下,獲得較高的SCR活性與H2O及SO2的抗中毒能力就成為突破此工藝工業(yè)化壁壘的關鍵要素。針對以上問題,本文通過自制TiO2、TiO2-ZrO2、TiO2-GO(GE)等不同載體,負載主催化劑Mn以及Ce、Fe等助劑,在高空速條件下,對各類催化劑低溫SCR脫硝性能和抗水抗硫中毒性能進行了較為系統(tǒng)的實驗室研究。 本文首先通過對載體TiO2和TiO2-ZrO2的兩種制備方法和負載方式的對比,確定了溶膠凝膠法和超聲波浸漬法分別為本實驗中低溫SCR催化劑的最佳載體制備方法及活性組分負載方式。在此基礎上,通過低溫SCR活性和相關表征對比研究,將TiO2-ZrO2(3:1)(摩爾比)和TiO2-GO(GE)(125:1)(質(zhì)量比)作為本實驗催化劑的最佳載體配比。借助低溫SCR活性測試和相關表征手段,比較添加不同負載量主催化劑Mn后,三類SCR催化劑的低溫活性與選擇性的優(yōu)劣,發(fā)現(xiàn)新型低溫SCR催化劑9%Mn/TiO2-GO(125:1)和7%Mn/TiO2-GE(125:1)在較低地活性組分負載量下分別獲得了94.89%和92.79%的最佳低溫SCR活性,N2選擇性均在95%以上；而非化學計量MnOx/Mn的出現(xiàn)被認為是提升其低溫活性的原因。 之后通過添加助劑Ce.Fe來研究其加入對于幾種Mn基催化劑低溫SCR活性及N2選擇性的影響。結(jié)果表明助劑的加入有助于提高催化劑的低溫SCR活性,維持較高的N2選擇性。分析認為加入Ce可以提高催化劑的儲氧能力,使其表面出現(xiàn)多種價態(tài)金屬氧化物,促進氧化還原反應的進行,并大幅提高催化劑低溫活性；Fe的引入亦能豐富活性組分物相種類,小幅提高低溫催化活性。Fe-Ce-Mn/TiO2-GO(GE)(125:1)催化劑獲得了最佳的低溫SCR活性,實現(xiàn)了較高的N2選擇性。 此外,針對燒結(jié)煙氣高濕高氧含量的工況,結(jié)合半干法脫硫后剩余S02濃度,本文還探討了低溫SCR反應中NH3/NO摩爾比、02含量、H20和S02濃度等工藝參數(shù)對各種催化劑低溫活性的影響,力求為該技術的工業(yè)化應用提供較為詳實的實驗室基礎數(shù)據(jù)參考。文中重點研究了幾種催化劑的抗水抗硫性能,發(fā)現(xiàn)載體中GO和GE的引入,起到了預硫化和表面疏水化的作用,輔以助劑Fe的硫酸鹽化保護作用,明顯提高了催化劑的抗水抗硫中毒能力,特別是新型Fe-Ce-Mn/TiO2-GO(GE)(125:催化劑的抗性有了大幅度的提高。 總體來說本文通過較為系統(tǒng)詳實的研究,自主調(diào)配催化劑制備工藝,開發(fā)了一種新型Fe-Ce-Mn/TiO2-GO(GE)低溫SCR催化劑,對比目前已有報道的低溫SCR催化劑,該催化劑具有低溫活性高、抗水抗硫中毒能力強等優(yōu)勢,特別是研究了針對燒結(jié)煙氣工況以及半干法脫硫后煙氣特點,探討了NH3/NO和O2含量對低溫SCR活性的影響,為低溫SCR工藝在鋼鐵燒結(jié)工序的工業(yè)化應用奠定了理論基礎,GO和GE的引入所帶來的低溫活性的提高亦進行較為深入地探討,加之較少的添加量與活性組分負載量,有望實現(xiàn)對催化劑成本的控制,為今后此類低溫SCR催化劑的進一步研究與改進,進而產(chǎn)業(yè)化應用提供了較好地理論指導。
【圖文】：

SCR煙氣脫銷原理圖

SCR的三種布置工藝方式圖
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X757;O643.36

【參考文獻】

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本文編號：2704957