等离子体协同催化剂脱硝技术研究

发布时间：2017-09-10 16:24

  本文关键词：等离子体协同催化剂脱硝技术研究

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【摘要】：随着社会发展,各项经济指标迅速攀升,人民生活水平不断提高。然而盲目追求发展速度,甚至以环境为代价换取GDP增长,造成一系列问题。PM2.5、金属污染物、SOx、NOx及各种挥发性有机物对大气造成严重危害,空气质量问题日益突出,严重影响到了人民生活。等离子体技术具有能量密度高、设备简单、布置方便副产物易回收等优势,利用等离子体脱除氮氧化物得到许多学者的研究,但是该技术的能量消耗过大,严重制约其工业发展。本课题通过搭建的实验平台,对等离子体协同催化剂的脱硝特性进行了一系列实验研究,主要工作内容如下：(1)针对目前催化剂的使用现状,配置了Cu系和Fe系催化剂,并对催化剂的脱硫脱硝活性进行了实验,掌握了催化剂性能随反应温度和活性物种负载量的变化规律,研究表明Cu系催化剂中CuO负载量为10%时脱硫效率最佳,负载量为8%时脱硝效率最佳；Fe系催化剂中Fe203负载量为10%时,脱硫效率和脱硝效率均为最佳。两种催化剂性能优良,在SO2参与反应时,能提高NO的脱除效率。(2)对等离子体单独脱硝反应进行了深入细致的研究,发现等离子体脱硝效率受温度影响不大,随放电功率的增加脱硝效率先上升后下降。在等离子体与催化剂同时作用时,研究了反应器布置方式、放电功率以及反应温度对脱硝效率的影响。发现在温度低于120℃时,采用外置式时脱硝效率较高,超过120℃时,内置式反应器脱硝效率较高,超过300℃两种布置方式差别不大。通过与等离子体单独脱硝对比,发现等离子体与催化剂之间存在明显的协同效应,但效果不是线性叠加,而是相互促进。(3)为了实现等离子体联合催化剂脱硝技术在低温烟气侧的应用,本课题对催化剂中掺入Ce元素,以NH3、CH4、CO为还原剂,CuO/γ-Al2O3、CuO-CeO2/ γ-Al2O3,、Fe2O3/γ-Al2O3、Fe2O3-CeO2/γ-Al2O3为催化剂,在160℃以下的温度区间内,实验研究每种工况下,反应温度和放电功率对等离子体协同催化剂脱硝效率的影响,并对反应特性进行分析,确定最佳的脱硝实验条件。(4)针对目前等离子体脱硝技术能耗过高的问题,本课题提出了等离子体处理部分烟气的思路,先对一部分烟气放电,然后将放电处理的高能态烟气与普通烟气混合,以达到脱硝目的。实验探究了处理5%、15%、25%体积分数的烟气时,反应温度和放电功率对脱硝效率的影响,提高了低温时NO,的脱除效率,并使能耗达到工业要求。
【关键词】：氮氧化物 催化剂 等离子体 协同催化 还原剂 部分烟气
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;O643.3
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景14
• 1.2 氮氧化物的生成与控制14-16
• 1.2.1 NO_x生成机理14-15
• 1.2.2 NO_x控制技术15-16
• 1.2.3 NO_x处理的新工艺16
• 1.3 等离子体技术16-19
• 1.3.1 等离子体的基本概念16-17
• 1.3.2 等离子体的放电形式17-18
• 1.3.3 低温等离子体的化学反应过程18-19
• 1.4 等离子体技术在催化领域的应用19-20
• 1.5 等离子体技术脱除氮氧化物研究20-21
• 1.6 本论文研究内容及结构21-22
• 2 实验装置及方法22-28
• 2.1 化学试剂与实验仪器22-23
• 2.2 催化剂的制备23
• 2.3 脱硝试验平台23-28
• 2.3.1 配气系统23
• 2.3.2 实验平台的设计与搭建23-26
• 2.3.3 实验步骤26-28
• 3 催化剂脱硫脱硝性能测试28-38
• 3.1 催化剂脱硫性能测试29-31
• 3.1.1 负载量对脱硫活性的影响29-30
• 3.1.2 反应温度对脱硫活性的影响30-31
• 3.2 催化剂脱硝性能测试31-34
• 3.2.1 负载量对脱硝性能的影响32-33
• 3.2.2 反应温度对脱硝性能的影响33-34
• 3.3 催化剂同时脱硫脱硝反应34-36
• 3.4 小结36-38
• 4 等离子体协同催化剂脱硝38-44
• 4.1 等离子体脱硝性能测试38-40
• 4.1.1 等离子体脱硝机理38-39
• 4.1.2 功率对等离子体脱硝率的影响39-40
• 4.1.3 温度对等离子体脱硝率的影响40
• 4.2 等离子体协同催化剂脱硝40-43
• 4.2.1 布置方式对脱硝效率的影响41-42
• 4.2.2 等离子体协同催化剂对脱硝率的影响42-43
• 4.3 小结43-44
• 5 低温区间协同脱硝性能44-58
• 5.1 以NH_3为还原剂脱硝44-48
• 5.1.1 温度对NH_3脱硝效率的影响44-46
• 5.1.2 功率对NH_3脱硝效率的影响46-48
• 5.2 以CH_4为还原剂脱硝48-51
• 5.2.1 温度对CH_4脱硝效率的影响48-50
• 5.2.2 功率对CH_4脱硝效率的影响50-51
• 5.3 以CO为还原剂脱硝51-54
• 5.3.1 温度对CO脱硝效率的影响51-53
• 5.3.2 功率对CO脱硝效率的影响53-54
• 5.4 小结54-58
• 6 部分烟气等离子体脱硝58-64
• 6.1 温度对部分烟气等离子体脱硝性能的影响59-60
• 6.2 功率对部分烟气等离子体脱硝性能的影响60-61
• 6.3 能耗计算61
• 6.4 小结61-64
• 7 结论64-68
• 7.1 课题总结64-67
• 7.2 未来展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 学位论文评阅及答辩情化表75

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本文编号：825365