低温脱硝机理及Mn-Zr-Ti催化剂研制
发布时间：2020-12-05 17:12
氮氧化物（NOx）是主要大气污染物之一。低温选择性催化还原（SCR）NOx是实现超低排放的重要措施。Mn基催化剂因低温活性高而备受关注,但其N2选择性低、抗H2O和SO2中毒性能差,尚未得到应用,其根本原因是低温脱硝机理不清。因此,亟需阐明低温脱硝机理、研发新型低温SCR脱硝催化剂。针对上述问题,本文研究了 Mn基催化剂低温SCR反应机理、H2O和SO2对催化反应路径及催化剂失活的作用机制,研制出具有高活性、高N2选择性和良好抗H2O和SO2中毒性能的Mn-Zr-Ti低温脱硝催化剂,并进行了规模化应用试证,为其工业应用奠定了基础。主要研究内容与结果如下:（1）通过原位红外漫反射光谱研究反应物中间形态及其演变,发现NOx通过双齿硝酸基和单齿亚硝酸基形态与NH3发生氧化还原反应,以O为媒介,电子由N3-经由O迁移至Mn4+并返回至O,O同时捕获H而形成H20,首次揭示了氧介催化机理。（2）通过研究H2O和SO2对催化剂活性的影响,发现了 H2O吸附在活性位点导致催化活性下降,SO2造成铵盐沉积和MnSO4的产生进而导致催化剂失活,提出了盐化失活机制。（3）通过研究H2O和SO2对N2O生成...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１中国ＮＯ，年排放量（数据来源：中国统计年鉴）??
?低温脱硝机理及Ｍｎ－Ｚｒ－Ｔｉ催化剂研制???如图２－２所示，＾＾＾排放控制技术可分为前端控制［ｎ，１２］和末端治理［１３］。??前端控制即在燃烧前对燃料实施洁净化处置或在燃烧过程中控制Ｎ０Ｘ的生成，??达到从源头遏制Ｎ０Ｘ排放的目的，如燃料脱氮技术和低氮燃烧技术［１４１等。燃??料脱氮技术是指在燃烧前脱除燃料中的Ｎ元素，从而降低燃料型Ｎ０Ｘ的生??成；低氮燃料技术是在燃烧过程中通过控制ＮＯｘ的形成条件来抑制其生成，??包括分级燃烧技术、浓淡燃烧技术、低过量空气系数燃烧和烟气再循环技术??［１５，?１６］胃。???＾?燃料脱氮???＾前端控制＜??ｎｏｘ排放Ｚ—燃烧控制??控制技术＼????Ｊ?＼末端治理?１烟气脱硝??图２－２?ＮＯ，排放控制技术分类??其中浓淡燃烧技术主要针对于新型煤粉或气体燃料，通过调节过量空气??系数来控制燃烧过程，即一部分燃料在空气不足的条件下燃烧，而另一部分??燃料在空气过量的条件下燃烧，两种条件都偏离了理论当量比，以此来调节??燃烧效率和抑制Ｎ〇ｘ的生成［１７，１８］。前端控制有效地降低了燃料中的含氮量及??ＮＯｘ的形成，但前期投入成本高，且常常会降低燃烧效率。??末端治理即将烟气中已生成的Ｎ〇ｘ还原为Ｎ２，从而达到减排的目的，如??选择性催化还原（ＳＣＲ）技术、选择性非催化还原（ＳＮＣＲ）技术、ＳＮＣＲ／ＳＣＲ??混合脱硝技术以及催化分解ＮＯｘ技术等。??ＳＣＲ技术是目前应用最为广泛、最具前景的烟气脱硝技术，将在下节介??绍。ＳＮＣＲ技术采用氨水（ＮＨｙＨ２０）或尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）等氨基还原剂喷??入高温炉膛，在无催化剂条件下选择性地将Ｎ〇ｘ还原
能耗将大幅增加。??２．１．３?ＳＣＲ?技术??ＮＨ３－ＳＣＲ技术采用ＮＨ３作为还原剂，在催化剂作用下选择性地将ＮＯｘ??还原为Ｎ２和Ｈ２〇，其主要反应如式（２－６）及（２－８）所示。??４ＮＨ３?＋?６ＮＯ?５Ｎ２?＋?６Ｈ２〇?（２－８）??ＳＣＲ烟气脱硝系统主要包括储氨系统、氨气空气混合器、氨气喷入系统、??ＳＣＲ脱硝反应器、省煤器旁路及ＳＣＲ旁路等。考虑到不同烟气对催化剂的影??响及不同催化剂对温度的要求，ＳＣＲ脱硝反应器通常可分为热段高灰布置和??冷段低灰布置，如下图２－３所示［１９，２４］：??＠?ｒｉｎ?ｎ￣???／?＂｝??①（０－自?Ｈ?ｉｌｌ?Ｈｉｏｉｉｏｈ?Ｈ?１??ＹＪ?＠?？?ＨＬｉＪｉ??ｕ??ｕ?＠?ｉ??①锅炉②ＳＣＲ反应器③空预器④除尘器⑤脱硫塔??图２－３?ＳＣＲ反应器的（ａ）热段高灰布置和（ｂ）冷段低灰布置示意图??ＳＣＲ脱硝反应器是ＳＣＲ系统的核心装置。目前广泛使用的ＳＣＲ烟气脱??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]锰基低温SCR脱硝催化剂研究进展[J]. 张静,杜梦帆,周树宇,杨新雨,杨子溢,陈泽智. 山东化工. 2019(13)
[2]Mn基低温NH3-SCR脱硝催化剂研究进展[J]. 郭婷,李建军,马晓文. 四川化工. 2018(04)
[3]燃煤电厂氮氧化物控制技术探究[J]. 郑志坤. 能源研究与管理. 2017(02)
[4]低氮燃烧及烟气脱硝国内外研究现状[J]. 高明. 广州化工. 2012(17)
[5]燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J]. 顾卫荣,周明吉,马薇. 化工进展. 2012(09)
[6]氨氮比不均匀性对电站SCR系统脱硝效率的影响[J]. 雷达,金保升. 锅炉技术. 2010(06)
[7]SCR烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制[J]. 马双忱,金鑫,孙云雪,崔基伟. 热力发电. 2010(08)
[8]NOx的生成机理[J]. 刘勇,吴国忠. 油气田地面工程. 2007(04)
[9]火电厂脱硝技术综述[J]. 王文选,肖志均,夏怀祥. 电力设备. 2006(08)
[10]NH3在选择性催化还原NO过程中的吸附与活化[J]. 刘清雅,刘振宇,李成岳. 催化学报. 2006(07)
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NH3选择还原NO催化剂及催化作用机制研究[D]. 徐力.大连理工大学 2014
[3]改性Cu-ZSM-5分子筛催化剂的制备及催化脱除NO的研究[D]. 臧玉魏.南京理工大学 2010
[4]Mn/TiO2系列低温SCR脱硝催化剂制备及其反应机理研究[D]. 江博琼.浙江大学 2008
[5]以纳米TiO2为载体的燃煤烟气脱硝SCR催化剂的研究[D]. 李锋.东南大学 2006
硕士论文
[1]四角切圆锅炉低NO_x燃烧优化研究[D]. 焦正道.华北电力大学(北京) 2016
本文编号：2899801
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１中国ＮＯ，年排放量（数据来源：中国统计年鉴）??
?低温脱硝机理及Ｍｎ－Ｚｒ－Ｔｉ催化剂研制???如图２－２所示，＾＾＾排放控制技术可分为前端控制［ｎ，１２］和末端治理［１３］。??前端控制即在燃烧前对燃料实施洁净化处置或在燃烧过程中控制Ｎ０Ｘ的生成，??达到从源头遏制Ｎ０Ｘ排放的目的，如燃料脱氮技术和低氮燃烧技术［１４１等。燃??料脱氮技术是指在燃烧前脱除燃料中的Ｎ元素，从而降低燃料型Ｎ０Ｘ的生??成；低氮燃料技术是在燃烧过程中通过控制ＮＯｘ的形成条件来抑制其生成，??包括分级燃烧技术、浓淡燃烧技术、低过量空气系数燃烧和烟气再循环技术??［１５，?１６］胃。???＾?燃料脱氮???＾前端控制＜??ｎｏｘ排放Ｚ—燃烧控制??控制技术＼????Ｊ?＼末端治理?１烟气脱硝??图２－２?ＮＯ，排放控制技术分类??其中浓淡燃烧技术主要针对于新型煤粉或气体燃料，通过调节过量空气??系数来控制燃烧过程，即一部分燃料在空气不足的条件下燃烧，而另一部分??燃料在空气过量的条件下燃烧，两种条件都偏离了理论当量比，以此来调节??燃烧效率和抑制Ｎ〇ｘ的生成［１７，１８］。前端控制有效地降低了燃料中的含氮量及??ＮＯｘ的形成，但前期投入成本高，且常常会降低燃烧效率。??末端治理即将烟气中已生成的Ｎ〇ｘ还原为Ｎ２，从而达到减排的目的，如??选择性催化还原（ＳＣＲ）技术、选择性非催化还原（ＳＮＣＲ）技术、ＳＮＣＲ／ＳＣＲ??混合脱硝技术以及催化分解ＮＯｘ技术等。??ＳＣＲ技术是目前应用最为广泛、最具前景的烟气脱硝技术，将在下节介??绍。ＳＮＣＲ技术采用氨水（ＮＨｙＨ２０）或尿素（ＣＯ（ＮＨ２）２）等氨基还原剂喷??入高温炉膛，在无催化剂条件下选择性地将Ｎ〇ｘ还原
能耗将大幅增加。??２．１．３?ＳＣＲ?技术??ＮＨ３－ＳＣＲ技术采用ＮＨ３作为还原剂，在催化剂作用下选择性地将ＮＯｘ??还原为Ｎ２和Ｈ２〇，其主要反应如式（２－６）及（２－８）所示。??４ＮＨ３?＋?６ＮＯ?５Ｎ２?＋?６Ｈ２〇?（２－８）??ＳＣＲ烟气脱硝系统主要包括储氨系统、氨气空气混合器、氨气喷入系统、??ＳＣＲ脱硝反应器、省煤器旁路及ＳＣＲ旁路等。考虑到不同烟气对催化剂的影??响及不同催化剂对温度的要求，ＳＣＲ脱硝反应器通常可分为热段高灰布置和??冷段低灰布置，如下图２－３所示［１９，２４］：??＠?ｒｉｎ?ｎ￣???／?＂｝??①（０－自?Ｈ?ｉｌｌ?Ｈｉｏｉｉｏｈ?Ｈ?１??ＹＪ?＠?？?ＨＬｉＪｉ??ｕ??ｕ?＠?ｉ??①锅炉②ＳＣＲ反应器③空预器④除尘器⑤脱硫塔??图２－３?ＳＣＲ反应器的（ａ）热段高灰布置和（ｂ）冷段低灰布置示意图??ＳＣＲ脱硝反应器是ＳＣＲ系统的核心装置。目前广泛使用的ＳＣＲ烟气脱??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]锰基低温SCR脱硝催化剂研究进展[J]. 张静,杜梦帆,周树宇,杨新雨,杨子溢,陈泽智. 山东化工. 2019(13)
[2]Mn基低温NH3-SCR脱硝催化剂研究进展[J]. 郭婷,李建军,马晓文. 四川化工. 2018(04)
[3]燃煤电厂氮氧化物控制技术探究[J]. 郑志坤. 能源研究与管理. 2017(02)
[4]低氮燃烧及烟气脱硝国内外研究现状[J]. 高明. 广州化工. 2012(17)
[5]燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J]. 顾卫荣,周明吉,马薇. 化工进展. 2012(09)
[6]氨氮比不均匀性对电站SCR系统脱硝效率的影响[J]. 雷达,金保升. 锅炉技术. 2010(06)
[7]SCR烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制[J]. 马双忱,金鑫,孙云雪,崔基伟. 热力发电. 2010(08)
[8]NOx的生成机理[J]. 刘勇,吴国忠. 油气田地面工程. 2007(04)
[9]火电厂脱硝技术综述[J]. 王文选,肖志均,夏怀祥. 电力设备. 2006(08)
[10]NH3在选择性催化还原NO过程中的吸附与活化[J]. 刘清雅,刘振宇,李成岳. 催化学报. 2006(07)
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NH3选择还原NO催化剂及催化作用机制研究[D]. 徐力.大连理工大学 2014
[3]改性Cu-ZSM-5分子筛催化剂的制备及催化脱除NO的研究[D]. 臧玉魏.南京理工大学 2010
[4]Mn/TiO2系列低温SCR脱硝催化剂制备及其反应机理研究[D]. 江博琼.浙江大学 2008
[5]以纳米TiO2为载体的燃煤烟气脱硝SCR催化剂的研究[D]. 李锋.东南大学 2006
硕士论文
[1]四角切圆锅炉低NO_x燃烧优化研究[D]. 焦正道.华北电力大学(北京) 2016
本文编号：2899801
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