中空核壳结构MnO x @PrO x 催化剂的合成及低温NH 3 -SCR催化性能研究
发布时间：2021-11-09 10:47
氨选择性催化还原（NH3-SCR）技术是目前国内外运用最广泛、最成熟的固定源烟气脱硝技术,其核心是催化剂。低温NH3-SCR技术是指催化剂在较低温度下实现氮氧化物脱除的技术,其反应温度<250℃且具有较宽的活性温窗;此外低温SCR反应装置可直接置于脱硫除尘装置之后,无需进行现有设备改造及对烟气进行再热处理,大大降低其成本,因此具有广泛的应用前景。近年来,许多低温NH3-SCR催化剂不断被开发出来,但是烟气中残留的SO2和H2O容易使低温SCR催化剂中毒的问题尚未得到解决,因此研发具有高抗硫抗水性能的催化剂是低温NH3-SCR技术应用的关键。MnOx因其具有丰富的可变价态和氧化还原能力,常作为低温NH3-SCR催化体系的活性物种。而稀土金属掺杂改性的低温NH3-SCR催化剂具有优异的抗硫抗水性能。此外,对催化剂进行特殊形貌结构设计也是提高其抗中毒性能的一个重要思路。本文以MnO...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2019年全国主要大气污染物排放总量Fig.1-1TheemissionofmajorairpollutantsinChinafrom2012-2019
第一章绪论7年，日本成功实现该技术首次工业化应用，并随后在全国范围内广泛应用。而我国对于SCR技术研究和应用起步非常晚，直到2004年，我国才引入首台烟气脱硝SCR装置并在福建漳州后石电厂投运。“十二五”规划以来，SCR技术在我国全面普及，已经投入运行的燃煤烟气脱硝机组中，95%以上都是采用SCR技术[41]。2014年我国成功改造出首台低氮燃烧器+SCR联合脱硝的超低排放装置，通过二者结合可实现协同脱硝脱汞[42]。随着我国提出坚决打赢蓝天保卫战的号召，作为大气NOx治理的核心技术，SCR技术具有不可替代的重要地位[43]。以NH3为还原剂，SCR反应方程式如下：4NH3+4NO+O24N2+6H2O(1-4)4NH3+2NO2+O23N2+6H2O(1-5)4NH3+2NO+2NO24N2+6H2O(1-6)4NH3+6NO5N2+6H2O(1-7)8NH3+6NO27N2+12H2O(1-8)SCR反应原理如图1-2所示：图1-2NH3-SCR法固定源烟气脱硝原理示意图Fig.1-2IllustrationofNH3-SCRtoreduceNOxfromstationarysourcesV2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂体系因其在300-400℃温度区间内具有较优的NOx脱除效率，现已广泛应用于实际工程中。然而，该催化剂也存在诸多的不足，例如：V2O5-WO3(MoO3)/TiO2工作温度窗口较窄（300-400℃），导致NOx脱除效率随温度波动且N2选择性较差，产生大量的温室气体N2O；且其工作温度处于中温段，一方面需
华南理工大学硕士学位论文8将其置于预热器和除尘器之前，需改造现有的工艺装置才能使之有效使用，这样不仅工作难度大而且会造成经济损失，另一方面若不改造现有配置将其安装在脱硫装置之后，由于脱硫后的烟气温度低于200℃，也无法满足其最佳工作温度；此外，V2O5-WO3(MoO3)/TiO2易受烟气中SO2影响，导致其中毒而失活，且SO2也腐蚀SCR反应装置设备及管路，增加运行成本[44]。因此，依据我国大部分固定源烟气排放的特点，开发高活性高抗毒性的低温NH3-SCR催化剂体系具十分重要的现实意义[45,46]。在低温NH3-SCR反应体系中，由于催化剂在较低的温度区间（100-250℃）内具有最佳的NH3-SCR反应活性，因此，可直接将脱硝系统置于除尘器或脱硫装置之后，无需改造现有装置。低温NH3-SCR工艺布置图如1-3所示。图1-3SCR反应器的布置方式Fig.1-3ThearrangementofSCRreactor1.4低温NH3-SCR催化剂的研究现状对于低温NH3-SCR反应系统，其核心就是催化剂。不同的催化剂的低温催化活性是千差万别的，不同结构的催化剂其催化反应机理也是各不相同。催化剂的组成、物相及形貌结构等特征共同决定其低温NH3-SCR活性。在当前研究中，受到广泛关注的低温SCR催化剂主要是指过渡金属氧化物催化剂，如以铜、铁、锰等为活性组分的催化剂。1.4.1锰基催化剂锰氧化物催化剂是当前研究最广泛的低温SCR催化剂[47-50]。以纯MnOx作为活性组
【参考文献】：
期刊论文
[1]烟气脱硝技术的研究进展[J]. 于睿,魏昱,崔玲,曹桂荣. 山东化工. 2019(17)
[2]燃煤烟气脱硝技术研究进展[J]. 陈欢哲,何海霞,万亚萌,杨忠凯,李涛,任保增. 应用化工. 2019(05)
[3]高分散MnOx/SAPO-34催化剂的制备及其低温NH3选择性催化还原NO性能[J]. 凌微,黄碧纯. 环境科学学报. 2019(04)
[4]电厂烟气脱硝技术分析[J]. 徐菁. 宁波化工. 2018(03)
[5]催化裂化烟气SCR法脱硝装置运行问题分析与对策[J]. 刘淑鹤,李欣,方向晨,刘忠生. 炼油技术与工程. 2018(11)
[6]二氧化锰在低温NH3-SCR催化反应上的形貌效应[J]. 孙梦婷,黄碧纯,马杰文,李时卉,董立夫. 物理化学学报. 2016(06)
[7]“十三五”时期中国的环境保护形势与政策方向[J]. 俞海,张永亮,任勇,周国梅,陈刚,王勇. 城市与环境研究. 2015(04)
[8]氮氧化物排放控制技术分类[J]. 李萍,曾令可,王慧,程小苏. 中国陶瓷工业. 2015(02)
[9]不同晶相结构二氧化锰催化完全氧化乙醇[J]. 张洁,张江浩,张长斌,贺泓. 物理化学学报. 2015(02)
[10]Zr改性MnOx/MWCNTs催化剂的结构特征与低温SCR活性[J]. 杨超,刘小青,黄碧纯,吴友明. 物理化学学报. 2014(10)
博士论文
[1]Mn基低温NH3-SCR催化剂的抗水抗硫性能及反应机理研究[D]. 高凤雨.北京科技大学 2017
[2]低温等离子体协同吸附催化剂的烟气脱硝工艺研究[D]. 王卉.浙江大学 2014
[3]负载型Mn-Ce系列低温SCR脱硝催化剂制备、反应机理及抗硫性能研究[D]. 金瑞奔.浙江大学 2010
硕士论文
[1]高分散Fe2O3/SAPO-11催化剂的制备及其低温NH3-SCR脱硝性能研究[D]. 董立夫.华南理工大学 2018
[2]燃煤电站烟气脱硫脱硝技术成本效益分析[D]. 史建勇.浙江大学 2015
[3]改进型SNCR喷射技术基础研究[D]. 殷科.浙江大学 2014
[4]H2O和SO2对MnOx/MWCNTs催化剂低温氨选择性催化还原NOx性能的影响[D]. 罗红成.华南理工大学 2012
[5]MxOy/MWCNTs催化剂的低温SCR性能与反应机理的研究[D]. 王丽珊.华南理工大学 2012
[6]刃—板电极脉冲电晕放电脱除NOx的实验研究[D]. 黄虎宁.大连理工大学 2006
本文编号：3485184
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
012-2019年全国主要大气污染物排放总量Fig.1-1TheemissionofmajorairpollutantsinChinafrom2012-2019
第一章绪论7年，日本成功实现该技术首次工业化应用，并随后在全国范围内广泛应用。而我国对于SCR技术研究和应用起步非常晚，直到2004年，我国才引入首台烟气脱硝SCR装置并在福建漳州后石电厂投运。“十二五”规划以来，SCR技术在我国全面普及，已经投入运行的燃煤烟气脱硝机组中，95%以上都是采用SCR技术[41]。2014年我国成功改造出首台低氮燃烧器+SCR联合脱硝的超低排放装置，通过二者结合可实现协同脱硝脱汞[42]。随着我国提出坚决打赢蓝天保卫战的号召，作为大气NOx治理的核心技术，SCR技术具有不可替代的重要地位[43]。以NH3为还原剂，SCR反应方程式如下：4NH3+4NO+O24N2+6H2O(1-4)4NH3+2NO2+O23N2+6H2O(1-5)4NH3+2NO+2NO24N2+6H2O(1-6)4NH3+6NO5N2+6H2O(1-7)8NH3+6NO27N2+12H2O(1-8)SCR反应原理如图1-2所示：图1-2NH3-SCR法固定源烟气脱硝原理示意图Fig.1-2IllustrationofNH3-SCRtoreduceNOxfromstationarysourcesV2O5-WO3(MoO3)/TiO2催化剂体系因其在300-400℃温度区间内具有较优的NOx脱除效率，现已广泛应用于实际工程中。然而，该催化剂也存在诸多的不足，例如：V2O5-WO3(MoO3)/TiO2工作温度窗口较窄（300-400℃），导致NOx脱除效率随温度波动且N2选择性较差，产生大量的温室气体N2O；且其工作温度处于中温段，一方面需
华南理工大学硕士学位论文8将其置于预热器和除尘器之前，需改造现有的工艺装置才能使之有效使用，这样不仅工作难度大而且会造成经济损失，另一方面若不改造现有配置将其安装在脱硫装置之后，由于脱硫后的烟气温度低于200℃，也无法满足其最佳工作温度；此外，V2O5-WO3(MoO3)/TiO2易受烟气中SO2影响，导致其中毒而失活，且SO2也腐蚀SCR反应装置设备及管路，增加运行成本[44]。因此，依据我国大部分固定源烟气排放的特点，开发高活性高抗毒性的低温NH3-SCR催化剂体系具十分重要的现实意义[45,46]。在低温NH3-SCR反应体系中，由于催化剂在较低的温度区间（100-250℃）内具有最佳的NH3-SCR反应活性，因此，可直接将脱硝系统置于除尘器或脱硫装置之后，无需改造现有装置。低温NH3-SCR工艺布置图如1-3所示。图1-3SCR反应器的布置方式Fig.1-3ThearrangementofSCRreactor1.4低温NH3-SCR催化剂的研究现状对于低温NH3-SCR反应系统，其核心就是催化剂。不同的催化剂的低温催化活性是千差万别的，不同结构的催化剂其催化反应机理也是各不相同。催化剂的组成、物相及形貌结构等特征共同决定其低温NH3-SCR活性。在当前研究中，受到广泛关注的低温SCR催化剂主要是指过渡金属氧化物催化剂，如以铜、铁、锰等为活性组分的催化剂。1.4.1锰基催化剂锰氧化物催化剂是当前研究最广泛的低温SCR催化剂[47-50]。以纯MnOx作为活性组
【参考文献】：
期刊论文
[1]烟气脱硝技术的研究进展[J]. 于睿,魏昱,崔玲,曹桂荣. 山东化工. 2019(17)
[2]燃煤烟气脱硝技术研究进展[J]. 陈欢哲,何海霞,万亚萌,杨忠凯,李涛,任保增. 应用化工. 2019(05)
[3]高分散MnOx/SAPO-34催化剂的制备及其低温NH3选择性催化还原NO性能[J]. 凌微,黄碧纯. 环境科学学报. 2019(04)
[4]电厂烟气脱硝技术分析[J]. 徐菁. 宁波化工. 2018(03)
[5]催化裂化烟气SCR法脱硝装置运行问题分析与对策[J]. 刘淑鹤,李欣,方向晨,刘忠生. 炼油技术与工程. 2018(11)
[6]二氧化锰在低温NH3-SCR催化反应上的形貌效应[J]. 孙梦婷,黄碧纯,马杰文,李时卉,董立夫. 物理化学学报. 2016(06)
[7]“十三五”时期中国的环境保护形势与政策方向[J]. 俞海,张永亮,任勇,周国梅,陈刚,王勇. 城市与环境研究. 2015(04)
[8]氮氧化物排放控制技术分类[J]. 李萍,曾令可,王慧,程小苏. 中国陶瓷工业. 2015(02)
[9]不同晶相结构二氧化锰催化完全氧化乙醇[J]. 张洁,张江浩,张长斌,贺泓. 物理化学学报. 2015(02)
[10]Zr改性MnOx/MWCNTs催化剂的结构特征与低温SCR活性[J]. 杨超,刘小青,黄碧纯,吴友明. 物理化学学报. 2014(10)
博士论文
[1]Mn基低温NH3-SCR催化剂的抗水抗硫性能及反应机理研究[D]. 高凤雨.北京科技大学 2017
[2]低温等离子体协同吸附催化剂的烟气脱硝工艺研究[D]. 王卉.浙江大学 2014
[3]负载型Mn-Ce系列低温SCR脱硝催化剂制备、反应机理及抗硫性能研究[D]. 金瑞奔.浙江大学 2010
硕士论文
[1]高分散Fe2O3/SAPO-11催化剂的制备及其低温NH3-SCR脱硝性能研究[D]. 董立夫.华南理工大学 2018
[2]燃煤电站烟气脱硫脱硝技术成本效益分析[D]. 史建勇.浙江大学 2015
[3]改进型SNCR喷射技术基础研究[D]. 殷科.浙江大学 2014
[4]H2O和SO2对MnOx/MWCNTs催化剂低温氨选择性催化还原NOx性能的影响[D]. 罗红成.华南理工大学 2012
[5]MxOy/MWCNTs催化剂的低温SCR性能与反应机理的研究[D]. 王丽珊.华南理工大学 2012
[6]刃—板电极脉冲电晕放电脱除NOx的实验研究[D]. 黄虎宁.大连理工大学 2006
本文编号：3485184
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