低温抗毒性SCR催化剂的制备与性能研究

论文摘要

低温（＜250℃）选择性催化还原（SCR）催化剂的使用能降低锅炉烟气氮氧化物被还原时的温度,这使得在工艺上能够将SCR装置布置在除尘器、甚至脱硫段之后,从而大大减轻烟尘对催化剂的磨损,以延长催化剂寿命,因此研发高活性高抗毒性的低温SCR催化剂具有重要的经济和实际意义。实验中,用柠檬酸配位燃烧法制备了尖晶石复合金属氧化物MnCo2O4,并使用X射线衍射仪、傅立叶红外分析仪对其进行了表征,在固定床反应器中考查了该催化剂的催化氧化、还原NO的性能、以及SO2的影响;结果表明:所制备的MnCo2O4催化剂呈现典型的尖晶石结构,在300℃,空速20000 h-1时,NO氧化率可以达到30%,而NH3催化还原NO的效率可达99.5%,但SO2对其还原性能有明显影响。选择钛硅复合氧化物为催化剂载体,前驱体引入硫酸化处理工艺,以铜钒为主要活性组分,构建了V-Cu/TiO2-SiO2催化体系,并制备了多种组成比例的催化剂。实验中,采用BET、SEM-EDS、XRD、XPS和FT-IR等手段对催化剂进行了表征,并考查了载体组成、钒负载量、铜负载量及形态、硫酸化操作等对催化剂活性的影响,以及催化剂对SO2和H2O的耐受能力和催化剂中毒后的再生能力。实验结果表明:在TiO2中添加一定量的SiO2可以显著增加载体的比表面积,但仅在SiO2含量介于10-20%（摩尔比例）之间时,催化剂表现出最高活性。催化剂表面钒氧化物的负载量是催化剂活性最显著的影响因素。在实验条件下,钒氧化物负载量为5wt%时,NO转化率在175℃已经达到90%以上。在V2O5/TiO2-SiO2表面进一步负载CuSO4会抑制催化剂活性,但进一步负载一定量的CuO则会对催化剂活性有促进作用。CuO/V2O5摩尔比为6时,170℃温度下方的催化剂活性得到显著提升,160℃时可经达到90%。受SO2和H2O的影响,该催化剂会渐渐失活,但热处理之后可以再生。添加助剂可进一步提高V-Cu/TiO2-SiO2的低温活性及低温抗中毒能力。实验研究发现Ce氧化物助剂的加入,可增大V-Cu/TiO2-SiO2的低温活性;而助剂W可使其抗硫中毒性能有所提高。当反应气中含600ppm SO2和10%水汽时,245℃时还原NO转化效率保持在90%以上。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氮氧化物的来源、生成机理及危害
• 1.2 我国燃煤氮氧化物污染现状
• 1.3 燃煤氮氧化物净化技术
• 1.3.1 燃烧过程控制技术
• 1.3.2 烟气控制净化技术
• 1.4 氮氧化物的催化治理技术
• 1.4.1 催化分解
• 1.4.2 催化氧化
• 1.4.3 催化还原
• 1.5 本工作的研究思路和要点
• 2O₄催化剂的制备及SCR性能研究'>第二章 尖晶石型MnCo₂O₄催化剂的制备及SCR性能研究
• 2.1 催化剂制备
• 2.2 催化剂表征
• 2.2.1 XRD
• 2.2.2 FT-IR
• 2.3 催化剂活性测试
• 2.3.1 氧化性能
• 3-SCR性能'>2.3.2 NH₃-SCR性能
• 2抗毒性能'>2.3.3 SO₂抗毒性能
• 2.4 本章小结
• 2-SiO₂体系催化剂的制备及NH₃-SCR性能研究'>第三章 V-Cu/TiO₂-SiO₂体系催化剂的制备及NH₃-SCR性能研究
• 3.1 催化剂体系的构建
• 3.2 催化剂制备
• 3.2.1 载体制备
• 3.2.2 浸渍法负载活性组分
• 3.3 催化剂表征
• 3.3.1 比表面积及孔径测试（BET）
• 3.3.2 电镜能谱分析（SEM-EDS）
• 3.3.3 X射线衍射（XRD）
• 3.3.4 X射线光电子能谱分析（XPS）
• 3.3.5 傅立叶红外光谱分析（FT-IR）
• 3.4 催化剂活性测试
• 3.4.1 载体组成的影响
• 3.4.2 活性组分负载量及形态影响
• 3.4.3 短时单独抗硫试验
• 3.5 催化剂抗毒性测试
• 3.5.1 稳定性试验
• 3.5.2 同时抗硫抗水试验
• 3.6 硫酸化操作对比试验
• 3.6.1 活性测试
• 3.6.2 抗毒性能及再生性测试
• 3.6.3 XPS测试分析
• 3.7 催化剂性能优化--添加助剂
• 2'>3.7.1 优选样本性能优化—添加助剂CeO₂
• 3'>3.7.2 优选样本性能优化—添加助剂WO₃
• 3.8 本章小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 结论
• 4.2 对今后工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间的研究成果和发表的学术论文目录
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书