催化氧化还原工艺CuO/γ-Al2O3脱氮催化剂的制备及实验研究

论文摘要

近年来,我国强力推进SO2的减排措施,使多年来扶摇直上的SO2排放总量初步有所遏制。但酸雨污染仍然十分突出,呈现从硫酸型为主转向硫酸和硝酸复合型的态势。因此,研发先进适用的技术措施,有效净化烟气中的NOx是大气污染控制领域一项非常重要的任务。催化氧化还原（SNOX）工艺是一种干式同时脱硫脱氮的新工艺,由SCR脱氮单元、SO2催化氧化单元、硫酸冷凝塔3部分组成。具有较高的脱硫率和脱氮率,不产生固体废渣和废水等二次污染物,尤其是完全没有CO2气体的产生等显著优点,是一项很具开发潜力的新工艺。针对SNOX工艺中净化NOx的SCR方法,通过基尔霍夫公式、化学反应等温方程式、吉布斯—亥姆霍兹方程式等对正副反应进行热力学计算,表明在同一反应条件下会发生多个反应,各反应限度都很大,均为放热反应。研制具有合理反应温度窗口,能够选择性地强化正反应进行的催化剂是SCR方法的必要基础。利用γ-Al2O3孔隙发达,比表面积大的优势,应用浸渍法制备催化剂,实验考察了浸渍液浓度、浸渍时间、活化温度和活化时间等因素,确定最优制备条件:在1.5 mol/L Cu（NO3）2溶液中浸渍2小时,浸渍结束后在150℃下干燥1小时,之后在450℃的温度下煅烧2小时,得到附载量为6.5%的催化剂。利用模拟烟气进行了催化剂条件实验研究,考察各参数对脱氮效率的影响:气体中的SO2使得催化剂中的CuO变化为CuSO4,CuSO4的脱氮效率高于CuO;随着烟气温度升高,脱氮效率逐渐上升,在400℃时达到最高为87.5%;随着NH3/NOx摩尔比的增加,脱氮效率逐渐上升,在摩尔比为1.2时达到最高为86.6%;随着接触时间的增加,脱氮效率逐渐上升,在接触时间为1.2s时达到最高为87.2%;烟气中SO2浓度对脱氮效率有一定的影响,但变化幅度较小。通过动力学分析,证明催化剂孔径比较小,努森扩散占主导地位,在温度变化的情况下,NOx的有效扩散系数De变化较小,在CuO/γ-Al2O3催化剂上NOx的还原反应为一级反应,反应速率常数k=1.26×105exp（-49635/RT）,反应活化能为49.635kJ/mol。针对制备的催化剂完成的实验研究与理论分析成果为SNOX工艺中SCR脱氮工艺参数的确定提供了必要的科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引论
• 1.2 国内外同时脱硫脱氮技术概述
• 1.2.1 固相吸收/再生同时脱硫脱氮工艺
• 1.2.2 吸收剂喷射同时脱硫脱氮技术
• 1.2.3 高能电子活化氧化法
• 1.2.4 湿法烟气同时脱硫脱氮技术
• 1.2.5 气固催化同时脱硫脱氮技术
• 1.3 SCR催化还原法应用及研究现状
• x的生成机理及其危害'>1.3.1 NO_x的生成机理及其危害
• 1.3.2 选择性催化还原脱氮反应原理
• 1.3.3 国内外SCR脱氮技术的工业化应用概况
• 1.3.4 SCR脱氮催化剂
• 1.3.5 SCR反应器
• 1.4 研究内容
• 第2章 实验系统与方法
• 2.1 实验装置及流程
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验原料和试剂
• 2.4 实验测试方法
• 2.4.1 比表面积的测定
• x浓度的测定'>2.4.2 NO_x浓度的测定
• 2浓度的测定'>2.4.3 SO₂浓度的测定
• 2.4.4 烟气分析仪
• 第3章 热力学计算及分析
• 3.1 热力学计算方法
• 3.2 计算步骤
• 3.3 计算结果
• 第4章 催化剂制备
• 4.1 制备方法选择
• 4.2 催化剂载体选择
• 4.3 浸渍液的选择
• 4.4 浸渍液浓度选择
• 4.5 浸渍时间的确定
• 4.6 活化温度和活化时间
• 4.7 催化剂制备工艺条件确定
• 第5章 脱氮过程影响因素分析
• 5.1 稳定性实验
• 5.2 反应温度对脱氮效率的影响
• 3/NO_x摩尔比的影响'>5.3 NH₃/NO_x摩尔比的影响
• 5.4 接触时间对脱氮效率的影响
• 2浓度对脱氮效率的影响'>5.5 SO₂浓度对脱氮效率的影响
• 5.6 反应前后催化剂外观的变化
• 第6章 反应动力学分析
• 6.1 催化反应主要步骤
• 6.2 催化反应机理
• 6.3 催化反应动力学初步研究
• 6.3.1 物理参数
• 6.3.2 有效扩散系数De的计算
• x反应速率常数'>6.3.3 NO_x反应速率常数
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢