菱铁矿SCR脱硝催化剂的改性及成型研究

发布时间：2020-05-17 19:15

【摘要】：环境治理已经成为当今社会工作的重中之重,而NO_X的控制又是环境治理中的一项难点和重点。选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)是目前国际范围内被广泛认可的一种烟气脱硝技术,催化剂是该技术的核心,目前工程中常见的催化剂是V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂。该催化剂尚存在着一些问题:活性窗口温度较高,高温高尘的布置方式会对催化剂产生不利影响;主要活性组分钒及其化合物属于有毒物质;价格昂贵。因此开发低温高效、价格低廉、环境友好的商用SCR脱硝催化剂是近年来烟气脱硝领域的热点。本文以菱铁矿粉末为研究对象,通过混合法压片成型、掺杂Mn改性、掺杂Ce改性、Mn-Ce共掺杂等手段制备一系列压片成型改性菱铁矿SCR脱硝催化剂,研究在中低温条件下催化剂脱硝性能的变化并以此模拟全尺寸蜂窝状成型SCR脱硝催化剂的脱硝效果。通过混合法蜂窝状成型、掺杂Mn改性、改变煅烧温度、改变前驱体等一系列手段制备蜂窝状成型菱铁矿SCR脱硝催化剂,研究在中低温条件下蜂窝状催化剂的脱硝活性。结合BET、XRD、NH_3-TPD等表征手段,研究不同条件下制备的压片成型菱铁矿SCR脱硝催化剂和蜂窝状成型菱铁矿SCR脱硝催化剂表面结构、晶型结构、表面酸性等性质。主要结论如下:对于压片成型菱铁矿SCR脱硝催化剂而言,催化剂的低温脱硝活性随着Mn掺杂量的增加而显著提升。结合BET、XRD和NH_3-TPD等表征结果可知,Mn的掺杂能够有效提高催化剂的比表面积,降低结晶度,对表面酸性的影响不大。压片成型菱铁矿SCR脱硝催化剂在不同反应温度下的抗硫性不同,该催化剂在反应温度270℃下的中毒程度弱于反应温度210℃下的中毒程度。掺杂Ce元素对催化剂低温脱硝效率有一定作用。依据BET、XRD、NH3-TPD表征分析表明,Ce的掺杂能够使催化剂的比表面积更大、结晶度降低、表面酸性更强。研究Mn-Ce共掺杂压片成型菱铁矿SCR脱硝催化剂发现,Mn的掺杂量为3%、Ce的掺杂量为1%时催化剂的低温脱硝活性最好。通过XRD、NH_3-TPD表征分析的结果可知,该配比制备的催化剂具有最大的比表面积、最低的结晶度和最强的表面酸性。与此同时,Mn和Ce的协同作用也对催化剂脱硝活性产生积极影响。对于蜂窝状成型催化剂而言,煅烧温度在450~550℃范围内催化剂的脱硝效率受煅烧温度的影响不大。根据BET和XRD分析结果,这可能是由于煅烧中有机物分解产生气泡增大比表面积的有利因素和煅烧中活性成分结晶的不利因素综合产生的结果。掺杂Mn元素能够有效提高蜂窝状成型菱铁矿SCR脱硝催化剂的低温活性,这是由于催化剂中的TiO_2具有较大的比表面积,掺杂Mn元素提高了载体上的活性物质负载量。结合BET、XRD、NH_3-TPD分析可知,掺杂Mn改性有利于增大催化剂的比表面积、降低结晶度、增加表面酸性。采用不同前驱体制备的蜂窝状成型改性菱铁矿SCR脱硝催化剂脱硝活性具有较大差别,前驱体为硝酸锰的蜂窝状成型催化剂具有更好的脱硝活性,可能是由于硝酸锰比乙酸锰具有更高的溶解度且易热解为锰氧化物。结合BET、XRD、NH_3-TPD分析可知,前驱体为硝酸锰的蜂窝状成型改性菱铁矿SCR脱硝催化剂具有更大的比表面积、更低的结晶度和更强的表面酸性,这与提升催化活性的机理相一致。蜂窝状成型改性菱铁矿SCR脱硝催化剂在实际工程中的脱硝活性在很大程度上受烟气进出口温度的影响。这主要是由于较高的温度会使硫酸铵盐分解,降低SO_2对催化剂的毒化作用。
【图文】：

第一章 绪论为常见的燃烧过程控制技术。空气分级燃烧的基本原理是根据料燃烧过程分为两个阶段（主燃区和燃尽区），如图 1-1（左）5＜过量空气系数 α＜0.95）送入燃烧器主燃区，使燃料进入燃区，导致主燃区温度上升氧浓度降低，燃料中的碳未能充分氧气反应生成大量的 HN、HCN、CN、NH3和 NH2等还原性物质氧化物的还原；然后将燃尽风（过量空气系数 α＞1）在合适的燃料完全燃烧的目的。在工程应用中主燃区内过量空气系数、会影响空气分级燃烧的实际效果[26]。

（c）低温低尘布置方式图 1-2 SCR 反应器的三种布置方式温高尘布置：如图 1-2（a）所示，该法是将反应器设置在锅炉的省煤器的烟气已通过空气预热器的处理，催化脱硝反应的温度在 350℃左右。要优点是烟气温度在 300-400℃之间，常用的脱硝催化剂在此温度区间内点是烟气未经脱硫和除尘处理，其中含有大量会导致脱硝催化剂中毒的会大大缩短催化剂的使用寿命。温低尘布置：如图 1-2（b）所示，该法将反应器布置在空气预热器前端内的烟气已经过除尘器的处理。该布置方式有效的预防了烟气中的飞灰的影响以及对反应器的磨损与堵塞，其缺点是除尘器的工作温度无法达而除尘效率不高，而且烟气中还含有大量的二氧化硫，生成的盐类物质剂中毒，，因此无法大规模推广。温低尘布置：又称为后置式布置，如图 1-2（c）所示。该方法将烟气先
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X701;TQ426

【参考文献】

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本文编号：2669041