烧结烟气SCR低温脱硝催化剂的制备及硫中毒再生研究

发布时间：2020-06-13 12:00

【摘要】：低温选择性催化剂还原(SCR)脱硝技术在降低钢铁烧结烟气氮氧化物排放方面具有广阔的应用前景。低温SCR脱硝催化剂作为该技术的核心环节仍面临低温活性及抗硫性能差的问题,制约其工业化应用。本文从对传统Mn/Ti催化剂的改性出发,对稀土元素Ho和Nd改性的Mn/Ti催化剂进行了脱硝性能测试,同时通过比表面积及孔容孔径测试(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)、热重分析(TG)、原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术对催化剂的微观结构、理化性质和脱硝机理进行研究和分析,筛选出满足烧结烟气工业应用环境的低温脱硝催化剂配方。在此基础上,对优选出的催化剂进行了抗硫抗水性能测试,提出了改性催化剂的抗硫机理;并且对失活催化剂进行再生方式及其再生机制的探究。采用浸渍法制备了Nd改性的Mn/Ti催化剂和Ho改性的Mn/Ti催化剂,经过脱硝活性测试和表征测试发现,Ho_2O_3和Nd_2O_3的掺杂可以提升Mn/Ti催化剂的低温脱硝活性并且拓宽反应温度窗口。在100℃时,0.2HoMn/Ti催化剂的脱硝效率高达94.46%,在140~220℃的温度区间内脱硝效率接近100%。改性后的催化剂具有高比表面积、强氧化还原能力、丰富的表面酸位点、高浓度的Mn~(4+)和表面吸附氧等特点,NH_3的吸附活化能力和NO向NO_2氧化的能力得到增强,从而脱硝性能提升。其中,Ho改性催化剂遵循Langmuir Hinshelwood(L-H)机理和Eley Rideal(E R)机理。针对Ho改性催化剂进行抗硫抗水性研究,结果发现Ho改性催化剂相比于Mn/Ti催化剂可以更有效的提高催化剂的抗硫性。在SO_2存在的情况下,Mn/Ti催化剂的L-H和E-R机理都受到明显抑制,而对Ho改性后的催化剂而言,SO_2对于NO在催化剂表面的吸附活化影响较弱,因此L-H反应路径受到SO_2的抑制程度较弱。并且SO_2基本不会影响NH_3在催化剂表面的吸附活化,Ho改性催化剂在SO_2存在的条件下E-R反应机理占主导地位。因此,Ho改性后的催化剂具有良好的抗硫性。对失活催化剂进行水洗再生实验和在氮气、氨气和氢气氛围下的热再生实验,再生效果依次为:水洗N_2-350NH_3-450H_2-450。超声水洗具有最佳的再生效果,在220℃时可以恢复92.4%的脱硝效率。水洗再生的原理是通过去离子水清洗催化剂表面的溶解性物质以及部分颗粒物,从而去除部分导致催化剂中毒失活的物质(硫酸铵盐、硫酸金属盐等)以达到改善催化剂的表面形貌以及微观结构的目的,因此失活催化剂恢复了部分脱硝活性。
【图文】：

锰基催化剂

图 1-2 锰基催化剂 SO2失活机制[79]Fig.1-2 SO2inactivation mechanism of manganese-based catalyst[79]研究了硫酸金属盐在浸渍了(NH4)2SO4的 Fe-Mn-Ce/Ti 催化结果可知，(NH4)2SO4分解产生的 SO3会和活性组分 Mn 反认为 SO2和活性组分 Mn 并不会直接生成 MnSO4。的影响以降低催化活性，对低温 SCR 具有显著的抑制作用。H2OCR 的反应过程中，参见公式 1-1。这意味着水蒸气的存在然可以提高催化剂的脱硝活性，然而，水蒸气的存在将进一催化剂活性降低的原因主要是由于 H2O 的竞争吸附。许多研 H2O 覆盖了 NO 和 NH3吸附位点[82, 83]。Chen[84]等人对 Mn研究，发现 H2O 抑制了 NOx 的吸附。Xiong[85]等人发现 H化还原能力。

实物,气体组分,催化剂中毒,烟气成分

统的管式炉提供脱硝反应所需的温度环境。由 Testo350-XL 型烟气分析仪对烟气成分进行定量分析。粉末状催化剂活性评价装置的实物图如图 2-2 所示。图2-2 粉末状催化剂活性评价装置的实物图Fig.2-2 Physical map of powdery catalyst activity evaluation device催化剂活性评价实验中对应的脱硝效率，由以下公式计算得到：NO 转化率 = , , , × 100% （2-1）其中C = 2，，式中下标 in 表示进口烟气气体组分浓度、out 表示经反应后尾气中气体组分浓度。2.6 催化剂中毒与再生实验中毒与再生实验均在活性评价装置中完成。模拟中毒时，Ф(NO) = Ф(NH3) = 0.05
【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】：X757;TQ426

【参考文献】