吸附—还原解耦的一氧化碳脱硝特性研究
发布时间：2023-01-14 14:26
煤炭是我国能源消费的主要构成部分,其直接燃烧会产生大量NOx,严重危害人类健康与生态环境。目前对于固定源NOx排放控制措施主要是NH3-SCR技术,但该技术中易出现NH3逃逸现象而导致下游设备堵塞及在大气中形成雾霾等问题。CO具有廉价、易得及无难处理副产物等特点,近些年因在三元催化反应中可高效脱除NOx而得到较多关注,但烟气中较高浓度的O2强烈抑制CO还原NO,x反应,导致CO难以直接应用于脱硝过程。为了解决O2抑制CO还原NOx的难题,本课题组提出一种吸附-还原解耦脱硝工艺,将CO还原NOx反应人为的分为吸附和还原两个过程,首先烟气中的NOx吸附于催化剂表面,然后在单独的还原区内,吸附在催化剂表面的NOx被还原剂CO还原为N2,NOx吸附与还原过程持续进行,实现脱除烟气中NOx的目的。本文开展了吸附-还原解耦的CO脱硝特性相关基础研究,搭建了吸附-还原解耦脱硝固定床实验系统,考察运行参数对解耦脱硝性能的影响规律;优化了兼顾NOx吸附性能和催化活性的分子筛及金属氧化物催化剂,研究了动态解耦脱硝过程中NOx吸附与还原的作用机制。通过这些研究,为吸附-还原解耦脱硝工艺设计与应用提供理论支持...
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 CO催化还原NO_x研究现状
1.2.1 CO脱除NO反应机理
1.2.2 贵金属脱硝催化剂
1.2.3 非贵金属脱硝催化剂
1.2.4 脱硝反应过程及反应器研究现状
1.3 本文研究目的和内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 主要研究内容和研究路线
第二章 吸附-还原解耦脱硝反应过程建立及初步实验研究
2.1 实验方法
2.1.1 催化剂制备
2.1.2 催化剂表征
2.1.3 吸附-还原解耦脱硝实验系统
2.2 Fe/ZSM-5催化剂性能
2.2.1 Fe/ZSM-5催化剂物化特性
2.2.2 Fe/ZSM-5催化剂还原性能
2.2.3 Fe/ZSM-5催化剂NO+O_2吸附性能
2.3 动态吸附-还原解耦脱硝特性
2.3.1 不同温度下动态解耦脱硝性能
2.3.2 不同还原时间下动态解耦脱硝性能
2.3.3 不同CO浓度下动态解耦脱硝性能
2.3.4 不同烟气O_2浓度下动态解耦脱硝性能
2.3.5 不同CO_2浓度下动态解耦脱硝性能
2.4 CO与NO_x官能团在动态解耦脱硝中演化机制
2.5 Fe/ZSM-5表面动态解耦脱硝机制
2.6 本章小结
第三章 基于分子筛催化剂解耦脱硝过程优化
3.1 实验方法
3.1.1 催化剂制备
3.1.2 催化剂形貌、物相和结构表征手段
3.2 Fe与Ba负载对催化剂物化性质的影响
3.2.1 Fe与Ba负载对催化剂形貌的影响
3.2.2 Fe与Ba负载对催化剂化学组成及元素形态的影响
3.3 Fe和Ba负载对催化剂NO_x吸附和还原性能的影响
3.3.1 Ba负载对催化剂NO_x吸附性能的影响
3.3.2 Fe负载量对催化剂NO_x吸附性能的影响
3.3.3 Fe与Ba负载对催化剂活性的影响
3.4 Fe-Ba/ZSM-5催化剂的反应过程表征
3.5 Fe-Ba/ZSM-5催化剂的脱硝机理
3.6 Fe-Ba/ZSM-5催化剂的解耦脱硝特性
3.7 本章小结
第四章 面向解耦过程的金属氧化物催化剂研究
4.1 催化剂制备
4.2 不同Cu负载量对金属氧化物催化剂的影响
4.2.1 不同Cu负载量下催化剂物化特性
4.2.2 不同Cu负载量下催化剂脱硝活性
4.3 载体配比对金属氧化物催化剂的影响
4.3.1 载体配比对催化剂微观结构的影响
4.3.2 不同载体配比下催化剂还原能力与EPR研究
4.3.3 催化剂表面金属价态研究
4.3.4 载体配比对催化剂催化还原NO性能的影响
4.4 金属氧化物催化剂结构掺杂分析
4.5 NO和CO在催化剂表面吸附行为In situ DRIFTS研究
4.6 金属氧化物催化剂催化CO还原NO反应机制
4.7 本章小结
第五章 基于金属氧化物催化剂的解耦脱硝特性
5.1 实验方法
5.2 金属氧化物催化剂NO_x吸附性能
5.2.1 金属氧化物催化剂NO氧化性能
5.2.2 金属氧化物催化剂NO+O_2吸附研究
5.3 金属氧化物催化剂的解耦脱硝性能
5.3.1 金属氧化物催化剂对动态解耦脱硝性能的影响
5.3.2 温度对动态解耦脱硝性能的影响
5.3.3 H_2O对动态解耦脱硝性能的影响
5.4 动态解耦脱硝过程NO和CO吸附行为红外光谱研究
5.4.1 无水工况下吸附行为
5.4.2 含水工况下吸附行为
5.5 解耦脱硝过程H_2O抑制特性分析
5.6 本章小结
第六章 全文总结和展望
6.1 全文总结
6.2 主要创新点
6.3 建议及展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间主要成果
ENGLISH PAPERS
Paper Ⅰ: Effects of the Fe/Ce ratio on the activity of CuO/CeO_2-Fe_2O_3 catalysts for NO reduction by CO
Paper Ⅱ: Performance of Fe-Ba/ZSM-5 catalysts in NO+O_2 adsorption and NO+CO reduction
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]2016年世界能源供需情况分析与未来展望——基于《BP世界能源统计年鉴》与《BP世界能源展望》[J]. 代晓东,王余宝,毕晓光,路用瑞,梁继航,郭文玉. 天然气与石油. 2017(06)
[2]煤炭不同利用方式主要大气污染物排放比较[J]. 高天明,周凤英,闫强,张艳. 中国矿业. 2017(07)
[3]基于氮氧化物危害及其防治对策[J]. 刘小华. 低碳世界. 2017(09)
[4]蜂窝状Mnx/PG-CC催化剂中低温CH4-SCR脱硝性能[J]. 张先龙,郭亚晴,孟凡跃,吴雪平,刘鹏. 环境化学. 2016(01)
[5]助剂Fe添加对柱状MnOx/PG-AC催化剂低温选择性催化还原（SCR）性能影响[J]. 张先龙,郭勇,张恒建,解城华,吴雪平. 环境化学. 2015(08)
[6]大气污染态势与全国煤炭消费总量控制[J]. 吕连宏,罗宏,王晓. 中国煤炭. 2015(04)
[7]NH3-SCR反应中Fe-ZSM-5的Fe物种分布和酸性位对其水热稳定性及抗硫和抗碳氢性能的影响（英文）[J]. 石晓燕,贺泓,谢利娟. 催化学报. 2015(04)
[8]蜂窝式MnOx/PG-CC催化剂的制备及低温选择性催化还原法脱硝性能[J]. 张先龙,解城华,郭勇,吴雪平,王钧伟. 环境化学. 2015(04)
[9]煤灰对氨气吸附特性的实验研究[J]. 赵云龙,杨卫娟,周俊虎,王智化,刘建忠,岑可法. 燃料化学学报. 2015(03)
[10]Reduction of NO by CO using Pd–CeTb and Pd–CeZr catalysts supported on SiO2 and La2O3–Al2O3[J]. Victor Ferrer,Dora Finol,Roger Solano,Alexander Moronta,Miguel Ramos. Journal of Environmental Sciences. 2015(01)
博士论文
[1]基于半焦载体催化剂的一氧化碳催化脱硝性能研究[D]. 王鲁元.山东大学 2018
[2]负载型铜基催化剂在催化CO还原NO反应中性能的基础研究[D]. 葛成艳.南京大学 2014
[3]氮氧化物存储还原催化剂存储组分—载体相互作用与低温氮氧化物存储稳定性研究[D]. 雷超.天津大学 2013
硕士论文
[1]燃料型还原气脱硝反应特性研究[D]. 范燕荣.山东大学 2015
本文编号：3730651
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 CO催化还原NO_x研究现状
1.2.1 CO脱除NO反应机理
1.2.2 贵金属脱硝催化剂
1.2.3 非贵金属脱硝催化剂
1.2.4 脱硝反应过程及反应器研究现状
1.3 本文研究目的和内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 主要研究内容和研究路线
第二章 吸附-还原解耦脱硝反应过程建立及初步实验研究
2.1 实验方法
2.1.1 催化剂制备
2.1.2 催化剂表征
2.1.3 吸附-还原解耦脱硝实验系统
2.2 Fe/ZSM-5催化剂性能
2.2.1 Fe/ZSM-5催化剂物化特性
2.2.2 Fe/ZSM-5催化剂还原性能
2.2.3 Fe/ZSM-5催化剂NO+O_2吸附性能
2.3 动态吸附-还原解耦脱硝特性
2.3.1 不同温度下动态解耦脱硝性能
2.3.2 不同还原时间下动态解耦脱硝性能
2.3.3 不同CO浓度下动态解耦脱硝性能
2.3.4 不同烟气O_2浓度下动态解耦脱硝性能
2.3.5 不同CO_2浓度下动态解耦脱硝性能
2.4 CO与NO_x官能团在动态解耦脱硝中演化机制
2.5 Fe/ZSM-5表面动态解耦脱硝机制
2.6 本章小结
第三章 基于分子筛催化剂解耦脱硝过程优化
3.1 实验方法
3.1.1 催化剂制备
3.1.2 催化剂形貌、物相和结构表征手段
3.2 Fe与Ba负载对催化剂物化性质的影响
3.2.1 Fe与Ba负载对催化剂形貌的影响
3.2.2 Fe与Ba负载对催化剂化学组成及元素形态的影响
3.3 Fe和Ba负载对催化剂NO_x吸附和还原性能的影响
3.3.1 Ba负载对催化剂NO_x吸附性能的影响
3.3.2 Fe负载量对催化剂NO_x吸附性能的影响
3.3.3 Fe与Ba负载对催化剂活性的影响
3.4 Fe-Ba/ZSM-5催化剂的反应过程表征
3.5 Fe-Ba/ZSM-5催化剂的脱硝机理
3.6 Fe-Ba/ZSM-5催化剂的解耦脱硝特性
3.7 本章小结
第四章 面向解耦过程的金属氧化物催化剂研究
4.1 催化剂制备
4.2 不同Cu负载量对金属氧化物催化剂的影响
4.2.1 不同Cu负载量下催化剂物化特性
4.2.2 不同Cu负载量下催化剂脱硝活性
4.3 载体配比对金属氧化物催化剂的影响
4.3.1 载体配比对催化剂微观结构的影响
4.3.2 不同载体配比下催化剂还原能力与EPR研究
4.3.3 催化剂表面金属价态研究
4.3.4 载体配比对催化剂催化还原NO性能的影响
4.4 金属氧化物催化剂结构掺杂分析
4.5 NO和CO在催化剂表面吸附行为In situ DRIFTS研究
4.6 金属氧化物催化剂催化CO还原NO反应机制
4.7 本章小结
第五章 基于金属氧化物催化剂的解耦脱硝特性
5.1 实验方法
5.2 金属氧化物催化剂NO_x吸附性能
5.2.1 金属氧化物催化剂NO氧化性能
5.2.2 金属氧化物催化剂NO+O_2吸附研究
5.3 金属氧化物催化剂的解耦脱硝性能
5.3.1 金属氧化物催化剂对动态解耦脱硝性能的影响
5.3.2 温度对动态解耦脱硝性能的影响
5.3.3 H_2O对动态解耦脱硝性能的影响
5.4 动态解耦脱硝过程NO和CO吸附行为红外光谱研究
5.4.1 无水工况下吸附行为
5.4.2 含水工况下吸附行为
5.5 解耦脱硝过程H_2O抑制特性分析
5.6 本章小结
第六章 全文总结和展望
6.1 全文总结
6.2 主要创新点
6.3 建议及展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间主要成果
ENGLISH PAPERS
Paper Ⅰ: Effects of the Fe/Ce ratio on the activity of CuO/CeO_2-Fe_2O_3 catalysts for NO reduction by CO
Paper Ⅱ: Performance of Fe-Ba/ZSM-5 catalysts in NO+O_2 adsorption and NO+CO reduction
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]2016年世界能源供需情况分析与未来展望——基于《BP世界能源统计年鉴》与《BP世界能源展望》[J]. 代晓东,王余宝,毕晓光,路用瑞,梁继航,郭文玉. 天然气与石油. 2017(06)
[2]煤炭不同利用方式主要大气污染物排放比较[J]. 高天明,周凤英,闫强,张艳. 中国矿业. 2017(07)
[3]基于氮氧化物危害及其防治对策[J]. 刘小华. 低碳世界. 2017(09)
[4]蜂窝状Mnx/PG-CC催化剂中低温CH4-SCR脱硝性能[J]. 张先龙,郭亚晴,孟凡跃,吴雪平,刘鹏. 环境化学. 2016(01)
[5]助剂Fe添加对柱状MnOx/PG-AC催化剂低温选择性催化还原（SCR）性能影响[J]. 张先龙,郭勇,张恒建,解城华,吴雪平. 环境化学. 2015(08)
[6]大气污染态势与全国煤炭消费总量控制[J]. 吕连宏,罗宏,王晓. 中国煤炭. 2015(04)
[7]NH3-SCR反应中Fe-ZSM-5的Fe物种分布和酸性位对其水热稳定性及抗硫和抗碳氢性能的影响（英文）[J]. 石晓燕,贺泓,谢利娟. 催化学报. 2015(04)
[8]蜂窝式MnOx/PG-CC催化剂的制备及低温选择性催化还原法脱硝性能[J]. 张先龙,解城华,郭勇,吴雪平,王钧伟. 环境化学. 2015(04)
[9]煤灰对氨气吸附特性的实验研究[J]. 赵云龙,杨卫娟,周俊虎,王智化,刘建忠,岑可法. 燃料化学学报. 2015(03)
[10]Reduction of NO by CO using Pd–CeTb and Pd–CeZr catalysts supported on SiO2 and La2O3–Al2O3[J]. Victor Ferrer,Dora Finol,Roger Solano,Alexander Moronta,Miguel Ramos. Journal of Environmental Sciences. 2015(01)
博士论文
[1]基于半焦载体催化剂的一氧化碳催化脱硝性能研究[D]. 王鲁元.山东大学 2018
[2]负载型铜基催化剂在催化CO还原NO反应中性能的基础研究[D]. 葛成艳.南京大学 2014
[3]氮氧化物存储还原催化剂存储组分—载体相互作用与低温氮氧化物存储稳定性研究[D]. 雷超.天津大学 2013
硕士论文
[1]燃料型还原气脱硝反应特性研究[D]. 范燕荣.山东大学 2015
本文编号：3730651
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3730651.html
