發(fā)布時間：2020-06-23 12:09

【摘要】：氮氧化物是世界各國公認的大氣污染物之一。以NH3為還原劑的選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術是目前脫除煙氣中NOx最有效的技術。催化劑是SCR煙氣脫硝技術的核心,它是影響整個SCR系統(tǒng)脫硝效果和經(jīng)濟性的主要因素。中毒是SCR催化劑實際應用過程中不可避免的問題,它與燃料的特性密切相關。我國燃料(煤和廢棄物)成分復雜,煤中硫分灰分含量高,廢棄物中水分高。因此,研究催化劑對我國燃燒煙氣的適應性具有重要的實際意義。本文依托于國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目(No.2007AA061802)和國家自然科學基金資助項目(No.50776079),針對鈦基SCR催化劑,就制備參數(shù)和操作參數(shù)對其NO還原特性的影響,鉀和鉛對V2O5/TiO2催化劑的作用機理進行了系統(tǒng)的研究,得到以下主要結果： 1.研究了制備參數(shù)與鈦基SCR催化劑脫硝性能之間的內在聯(lián)系。詳細分析了載體TiO2的性質、煅燒條件和V2O5擔載量對V2O5/TiO2催化劑脫硝性能的影響,發(fā)現(xiàn)載體TiO2的比表面積越大,結晶度越弱,越有利于V2O5/TiO2催化劑上的SCR反應；在煅燒溫度為500℃和煅燒時間為5h的條件下制備的1wt.% V2O5/TiO2催化劑具有最高的脫硝活性,在典型的SCR反應溫度范圍(300-400℃),NO轉化率達到92.7-98.8%；隨著催化劑上V2O5擔載量的增加,有序的V2O5晶體隨之增加,反應溫度的升高將導致N2O生成量的增多,降低了催化劑的選擇性。對于CeO2/TiO2催化劑,采用一步溶膠-凝膠法制備的催化劑脫硝活性最高；CeO2與TiO2的最佳配比(質量比)為0.6；最佳煅燒溫度是500℃。在該條件制備的催化劑,在典型的SCR反應溫度范圍(300-400℃),NO轉化率可達98.6%,選擇性達到100%(空速50,000h-1)。 2.研究了操作參數(shù)對鈦基SCR催化劑脫硝性能的影響。在實際應用的條件下,在V2O5/TiO2催化劑上,SCR反應與O2成零級反應,與NO成一級反應,在n(NH3)/n(NO)大于等于1時與NH3成零級反應；H2O對V2O5/TiO2催化劑上的SCR反應具有一定抑制作用,但是同時能夠抑制N2O的生成；反應氣氛中的SO2在干煙氣條件和濕煙氣條件下對V2O5/TiO2催化劑上NO還原活性影響不大。對于CeO2/TiO2催化劑,在12,000-100,000 h-1的空速范圍內該催化劑均表現(xiàn)出良好的適應性；O2在SCR反應中起重要作用。當O2濃度高于1%時,NO轉化率將不再受到O2濃度的抑制,趨于一個恒定值；H2O和SO2對CeO2/TiO2催化劑的影響與其濃度和反應溫度密切相關。 3.闡明了不同形態(tài)的鉀(KCl和K2SO4)和不同形態(tài)的鉛(PbCl2和PbO)對V2O5/TiO2催化劑的作用機理。不同形態(tài)的鉀或鉛沉積在V2O5/TiO2催化劑表面,導致催化劑的比表面積和孔結構發(fā)生不同的變化；載體TiO2的結晶度發(fā)生變化；催化劑表面V原子的價態(tài)發(fā)生改變；催化劑表面活性位數(shù)量減少。鉀或鉛使V2O5/TiO2催化劑失活的主要原因是鉀或鉛中和了Br(?)nsted酸性位的酸性,使其NH3質子化的能力喪失,而Br(?)nsted酸性位對SCR反應過程中NH3的吸附和活化起重要作用。提出了不同形態(tài)的鉀和不同形態(tài)的鉛使V2O5/TiO2催化劑失活可能發(fā)生的路徑。 4.基于催化劑顆粒中毒的漸進殼模型,對顆粒狀催化劑的中毒動力學進行了研究,建立了催化劑中毒動力學方程。以活性保留分率為橋梁,利用模型預測值和實驗值建立了催化劑上鉀負載量或鉛負載量與反應時間的關系；當空速在15,000-60,000 h-1范圍內、催化劑顆粒平均粒徑在137-335μm范圍內以及反應器管徑在4-20 mm范圍內對活性保留分率幾乎沒有影響；模擬了毒物濃度和中毒反應速率常數(shù)的耦合對活性保留分率的影響,模型結果與文獻中報道的催化劑實際運行結果相符合。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：X701.7

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 毛劍宏;大型電站鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)關鍵技術研究[D];浙江大學;2011年

相關碩士學位論文 前1條

1 付銀成;V_2O_5/TiO_2催化劑中毒及新型抗中毒催化劑的試驗研究[D];浙江大學;2011年

本文編號：2727311