介孔/微孔分子筛选择催化燃烧含氰废气研究及其工业应用
发布时间：2021-05-07 16:42
含氰废气主要来源于石化行业和碳纤维行业,较低浓度的排放即可对人类健康造成严重损害。催化燃烧技术较其他处理方法具有明显的产业化优势,但核心技术催化剂仍面临活性低、选择性差、价格昂贵和寿命短等问题,急需解决。一方面,本文利用水热合成法合成了不同类型的介孔分子筛（SBA-15、SBA-16、KIT-6）,经过渡金属离子溶液（Cu、Co、Fe、V、Mn）浸渍制备成催化剂,并以贵金属（Pt、Pd、Ag）、Si02和A1203作为对比,在O2条件下用于含氰废气（CH3CN、C2H3C、HCN）的选择催化脱除。研究表明,CH3CN的转化率从高到低基本遵循Pt/>Pd/>Cu/>Co/>Fe/>V/>Ag/>Mn/>SBA-15。当温度高于350℃时,Cu/SBA-15对生成N2的产率高达80%,优于贵金属催化剂。物化研究表明,催化活性和含氮产物的选择性与金属氧化还原能力和金属元素的状态有关。对比Cu/SBA-15、Cu/SBA-16和Cu/KIT-6时,其物化性质揭示拥有高度分散且量多的Cu2+离子的Cu/SBA-15,对丙烯腈的活性和生成N2选择性的...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 含氰废气
1.2.1 含氰废气的来源
1.2.2 含氰废气排放标准及国家相关法律法规
1.3 含氰废气治理研究现状
1.4 催化燃烧法
1.4.1 HCN催化燃烧净化所采用的催化剂及其机理研究
1.4.2 乙腈催化燃烧净化所采用的催化剂
1.4.3 丙烯腈催化燃烧净化所采用的催化剂及其机理研究
1.5 催化剂载体材料
1.5.1 介孔分子筛
1.5.2 微孔分子筛
1.6 蜂窝整体式催化剂应用与成型技术
1.7 催化燃烧法处理丙烯腈吸收塔尾气工艺过程
1.8 本论文研究主要目的及内容
第二章 实验部分
2.1 催化剂制备所用试剂、仪器和方法
2.1.1 试剂和仪器
2.1.2 催化剂制备方法
2.2 催化剂活性评价
2.3 催化剂表征技术
2.4 本章小结
第三章 不同金属浸渍介孔分子筛选择催化燃烧乙腈研究
3.1 催化剂理化性质表征
3.1.1 XRD表征结果及分析
3.1.2 N_2吸脱附表征结果及分析
3.1.3 TEM表征结果及分析
3.2 氧化还原性质
3.3 XPS表征结果及分析
3.4 活性评价
3.4.1 (Cu、Co、Fe、V、Mn)/SBA-15催化燃烧乙腈活性对比
3.4.2 (Pd、Ag、Pt)/SBA-15催化燃烧乙腈活性对比
3.4.3 Cu浸渍不同载体对乙腈催化燃烧活性对比
3.5 CH3CN催化燃烧机理研究
3.5.1 Cu/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.2 Fe/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.3 Co/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.4 Pt/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.5 红外机理研究归属
3.6 物化性质与催化性能关系
3.6.1 过渡金属M(Cu、Co、Fe、V、Mn)浸渍介孔SBA-15
3.6.2 贵金属(Pd、Ag、Pt)浸渍介孔SBA-15
3.6.3 Cu浸渍不同载体(SBA-15、Al_2O_3、SiO_2)
3.7 本章小结
第四章 不同金属浸渍介孔分子筛选择催化燃烧丙烯腈研究
4.1 催化剂理化性质表征
4.1.1 XRD表征结果及分析
4.1.2 N_2吸脱附表征结果及分析
4.1.3 TEM表征结果及分析
4.2 氧化还原性质
4.3 XPS表征结果及分析
4.4 活性测试
4.4.1 (Cu、Co、Fe、Pt)/SBA-15催化燃烧丙烯腈活性对比
4.4.2 Cu/(SBA-15、SBA-16、KIT-6)催化燃烧丙烯腈活性对比
4.4.3 Cu/SBA-15选择催化燃烧HCN/CH_3CN/C_2H_3CN
4.5 Cu/SB-15和Fe/SB-15选择催化燃烧C_2H_3CN的机理研究
4.6 催化性能与其物化性质联系
4.6.1 不同金属(Cu、Co、Fe、Pt)/SBA-15选择催化燃烧C_2H_3CN
4.6.2 Cu/(SBA-15、SBA-16、KIT-6)选择催化燃烧C_2H_3CN
4.6.3 Cu/SBA-15选择催化燃烧HCN/CH_3CN/C_2H_3CN
4.7 本章小结
第五章 Cu改性微孔分子筛选择催化燃烧丙烯腈研究
5.1 催化剂理化性质表征
5.2 氧化还原能力
5.2.1 H_2-TPR
5.2.2 XPS
5.3 催化剂活性测试
5.3.1 Cu基不同微孔分子筛催化剂活性对比
5.3.2 Cu-ZSM-5不同硅铝比间活性对比
5.3.3 确定最优催化剂组合配方
5.3.4 空速、氧浓度和水对催化活性的影响
5.4 催化燃烧丙烯腈机理研究
5.5 本章小结
第六章 Cu-ZSM-5用于含氰废气催化燃烧模式放大试验
6.1 模式放大试验装置的搭建和控制系统设计
6.1.1 中试装置固定床反应器设计
6.1.2 丙烯氨氧化制备丙烯腈工艺流程图及其参数
6.1.3 催化燃烧含丙烯腈废气装置的工艺流程图及其参数
6.1.4 中试装置实物图及DCS控制系统
6.2 中试结果及分析
6.2.1 温度对含氰废气处理结果的影响
6.2.2 空速对含氰废气处理结果的影响
6.2.3 氧浓度对含氰废气处理结果的影响
6.2.4 催化剂长周期稳定性测试
6.3 催化剂活性降低因素探究
6.3.1 积碳
6.3.2 高温
6.3.3 硫中毒
6.3.4 催化剂活性组分的变化
6.3.5 催化剂比表面积的变化
6.4 本章小结
第七章 Cu-ZSM-5整体式蜂窝催化剂的工业制备和示范工程应用
7.1 BHAN-1分子筛整体式蜂窝催化剂的工业制备
7.1.1 分子筛H-ZSM-5原粉工业规模的批量合成
7.1.2 Cu-ZSM-5粉末催化剂工业制备
7.1.3 整体式蜂窝催化剂工业制备
7.1.4 模块化催化剂产品
7.2 工业应用设计与改造
7.2.1 工业应用背景介绍
7.2.2 企业AOGC尾气处理工艺及尾气组成
7.2.3 计算机模拟计算反应器内压力和温度分布
7.2.4 氧化反应器内部改造与催化剂模块安装
7.3 示范工程运行及效果
7.3.1 开车前BHAN-1催化剂的干燥
7.3.2 开车正式运行
7.3.3 BHAN-1催化剂运行前后效果对比
7.4 课题实施效果
7.5 本章小结
第八章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]铈掺杂对Fe/Beta催化剂结构与NH3-SCR活性的影响（英文）[J]. 李军,贾莉伟,金炜阳,夏峰,王家明. 稀有金属材料与工程. 2015(07)
[2]蜂窝状整体式分子筛催化剂制备研究进展[J]. 郭学华,李英霞,陈健,于泳,王亚涛. 环境科学与技术. 2014(05)
[3]含氰化氢废气治理研究进展[J]. 蒋明,宁平,王重华,陈炜,周键,王磊,覃扬颂. 化工进展. 2012(11)
[4]大气环境中PM2.5的研究进展与展望[J]. 杨洪斌,邹旭东,汪宏宇,刘玉彻. 气象与环境学报. 2012(03)
[5]SBA-15介孔分子筛负载型过渡金属催化燃烧脱除乙腈废气[J]. 曹宇,陈标华,张润铎. 高等学校化学学报. 2011(12)
[6]HZSM-5/堇青石整体式催化剂的制备及催化性能[J]. 拜冰阳,贾志刚,季生福,田树勋,吕丹丹. 北京化工大学学报(自然科学版). 2011(05)
[7]W、Mn和Ce改性V-MCM-41/堇青石催化剂的制备及其脱硝性能[J]. 程相春. 工业催化. 2011(07)
[8]AOGC废气焚烧炉在丙烯腈装置上的工业化应用[J]. 朱少春,尚莹. 天津化工. 2011(03)
[9]聚丙烯腈基碳纤维生产中氰化氢废气的脱除方法[J]. 刘礼华,季春晓. 石油化工技术与经济. 2011(01)
[10]低浓度氰化氢在浸渍活性炭上的吸附净化研究[J]. 宁平,蒋明,王学谦,杨弘,师雁,柏杨巍. 高校化学工程学报. 2010(06)
硕士论文
[1]SAPO-34/堇青石整体式催化剂的制备及其甲醇制烯烃性能研究[D]. 吕丹丹.北京化工大学 2012
[2]SBA-15介孔分子筛负载过渡金属催化燃烧脱除乙腈废气的研究[D]. 曹宇.北京化工大学 2011
本文编号：3173737
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 含氰废气
1.2.1 含氰废气的来源
1.2.2 含氰废气排放标准及国家相关法律法规
1.3 含氰废气治理研究现状
1.4 催化燃烧法
1.4.1 HCN催化燃烧净化所采用的催化剂及其机理研究
1.4.2 乙腈催化燃烧净化所采用的催化剂
1.4.3 丙烯腈催化燃烧净化所采用的催化剂及其机理研究
1.5 催化剂载体材料
1.5.1 介孔分子筛
1.5.2 微孔分子筛
1.6 蜂窝整体式催化剂应用与成型技术
1.7 催化燃烧法处理丙烯腈吸收塔尾气工艺过程
1.8 本论文研究主要目的及内容
第二章 实验部分
2.1 催化剂制备所用试剂、仪器和方法
2.1.1 试剂和仪器
2.1.2 催化剂制备方法
2.2 催化剂活性评价
2.3 催化剂表征技术
2.4 本章小结
第三章 不同金属浸渍介孔分子筛选择催化燃烧乙腈研究
3.1 催化剂理化性质表征
3.1.1 XRD表征结果及分析
3.1.2 N_2吸脱附表征结果及分析
3.1.3 TEM表征结果及分析
3.2 氧化还原性质
3.3 XPS表征结果及分析
3.4 活性评价
3.4.1 (Cu、Co、Fe、V、Mn)/SBA-15催化燃烧乙腈活性对比
3.4.2 (Pd、Ag、Pt)/SBA-15催化燃烧乙腈活性对比
3.4.3 Cu浸渍不同载体对乙腈催化燃烧活性对比
3.5 CH3CN催化燃烧机理研究
3.5.1 Cu/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.2 Fe/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.3 Co/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.4 Pt/SBA-15原位漫反射红外光谱研究
3.5.5 红外机理研究归属
3.6 物化性质与催化性能关系
3.6.1 过渡金属M(Cu、Co、Fe、V、Mn)浸渍介孔SBA-15
3.6.2 贵金属(Pd、Ag、Pt)浸渍介孔SBA-15
3.6.3 Cu浸渍不同载体(SBA-15、Al_2O_3、SiO_2)
3.7 本章小结
第四章 不同金属浸渍介孔分子筛选择催化燃烧丙烯腈研究
4.1 催化剂理化性质表征
4.1.1 XRD表征结果及分析
4.1.2 N_2吸脱附表征结果及分析
4.1.3 TEM表征结果及分析
4.2 氧化还原性质
4.3 XPS表征结果及分析
4.4 活性测试
4.4.1 (Cu、Co、Fe、Pt)/SBA-15催化燃烧丙烯腈活性对比
4.4.2 Cu/(SBA-15、SBA-16、KIT-6)催化燃烧丙烯腈活性对比
4.4.3 Cu/SBA-15选择催化燃烧HCN/CH_3CN/C_2H_3CN
4.5 Cu/SB-15和Fe/SB-15选择催化燃烧C_2H_3CN的机理研究
4.6 催化性能与其物化性质联系
4.6.1 不同金属(Cu、Co、Fe、Pt)/SBA-15选择催化燃烧C_2H_3CN
4.6.2 Cu/(SBA-15、SBA-16、KIT-6)选择催化燃烧C_2H_3CN
4.6.3 Cu/SBA-15选择催化燃烧HCN/CH_3CN/C_2H_3CN
4.7 本章小结
第五章 Cu改性微孔分子筛选择催化燃烧丙烯腈研究
5.1 催化剂理化性质表征
5.2 氧化还原能力
5.2.1 H_2-TPR
5.2.2 XPS
5.3 催化剂活性测试
5.3.1 Cu基不同微孔分子筛催化剂活性对比
5.3.2 Cu-ZSM-5不同硅铝比间活性对比
5.3.3 确定最优催化剂组合配方
5.3.4 空速、氧浓度和水对催化活性的影响
5.4 催化燃烧丙烯腈机理研究
5.5 本章小结
第六章 Cu-ZSM-5用于含氰废气催化燃烧模式放大试验
6.1 模式放大试验装置的搭建和控制系统设计
6.1.1 中试装置固定床反应器设计
6.1.2 丙烯氨氧化制备丙烯腈工艺流程图及其参数
6.1.3 催化燃烧含丙烯腈废气装置的工艺流程图及其参数
6.1.4 中试装置实物图及DCS控制系统
6.2 中试结果及分析
6.2.1 温度对含氰废气处理结果的影响
6.2.2 空速对含氰废气处理结果的影响
6.2.3 氧浓度对含氰废气处理结果的影响
6.2.4 催化剂长周期稳定性测试
6.3 催化剂活性降低因素探究
6.3.1 积碳
6.3.2 高温
6.3.3 硫中毒
6.3.4 催化剂活性组分的变化
6.3.5 催化剂比表面积的变化
6.4 本章小结
第七章 Cu-ZSM-5整体式蜂窝催化剂的工业制备和示范工程应用
7.1 BHAN-1分子筛整体式蜂窝催化剂的工业制备
7.1.1 分子筛H-ZSM-5原粉工业规模的批量合成
7.1.2 Cu-ZSM-5粉末催化剂工业制备
7.1.3 整体式蜂窝催化剂工业制备
7.1.4 模块化催化剂产品
7.2 工业应用设计与改造
7.2.1 工业应用背景介绍
7.2.2 企业AOGC尾气处理工艺及尾气组成
7.2.3 计算机模拟计算反应器内压力和温度分布
7.2.4 氧化反应器内部改造与催化剂模块安装
7.3 示范工程运行及效果
7.3.1 开车前BHAN-1催化剂的干燥
7.3.2 开车正式运行
7.3.3 BHAN-1催化剂运行前后效果对比
7.4 课题实施效果
7.5 本章小结
第八章 结论
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]铈掺杂对Fe/Beta催化剂结构与NH3-SCR活性的影响（英文）[J]. 李军,贾莉伟,金炜阳,夏峰,王家明. 稀有金属材料与工程. 2015(07)
[2]蜂窝状整体式分子筛催化剂制备研究进展[J]. 郭学华,李英霞,陈健,于泳,王亚涛. 环境科学与技术. 2014(05)
[3]含氰化氢废气治理研究进展[J]. 蒋明,宁平,王重华,陈炜,周键,王磊,覃扬颂. 化工进展. 2012(11)
[4]大气环境中PM2.5的研究进展与展望[J]. 杨洪斌,邹旭东,汪宏宇,刘玉彻. 气象与环境学报. 2012(03)
[5]SBA-15介孔分子筛负载型过渡金属催化燃烧脱除乙腈废气[J]. 曹宇,陈标华,张润铎. 高等学校化学学报. 2011(12)
[6]HZSM-5/堇青石整体式催化剂的制备及催化性能[J]. 拜冰阳,贾志刚,季生福,田树勋,吕丹丹. 北京化工大学学报(自然科学版). 2011(05)
[7]W、Mn和Ce改性V-MCM-41/堇青石催化剂的制备及其脱硝性能[J]. 程相春. 工业催化. 2011(07)
[8]AOGC废气焚烧炉在丙烯腈装置上的工业化应用[J]. 朱少春,尚莹. 天津化工. 2011(03)
[9]聚丙烯腈基碳纤维生产中氰化氢废气的脱除方法[J]. 刘礼华,季春晓. 石油化工技术与经济. 2011(01)
[10]低浓度氰化氢在浸渍活性炭上的吸附净化研究[J]. 宁平,蒋明,王学谦,杨弘,师雁,柏杨巍. 高校化学工程学报. 2010(06)
硕士论文
[1]SAPO-34/堇青石整体式催化剂的制备及其甲醇制烯烃性能研究[D]. 吕丹丹.北京化工大学 2012
[2]SBA-15介孔分子筛负载过渡金属催化燃烧脱除乙腈废气的研究[D]. 曹宇.北京化工大学 2011
本文编号：3173737
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