基于TWC脱除垃圾焚烧烟气中NOx实验研究

论文摘要

垃圾焚烧电厂烟气产量的与日俱增,不仅严重影响环境质量,而且对大气、土壤、水体等也造成危害。氮氧化物是危害大气的污染物之一,是酸雨、光化学烟雾形成的重要因素。传统的烟气脱硝工艺需分级进行,存在投资高、占地面积大等缺点,远不能满足垃圾焚烧电厂烟气量的日益增长和污染物控制的要求,而TWC催化还原法是目前广泛采用的脱除NOx污染的有效方法之一。因此,研究和开发适宜的TWC脱硝技术,具有十分重要的环保、经济和社会效益。本研究分别采用浸渍法和沉淀法制备了6种不同比例的γ-Al2O3和Ce0.5Zr0.5O2复合载体,利用BET、XRD、SEM为表征方法,针对γ-Al2O3中Ce0.5Zr0.5O2的掺杂比例、复合载体的制备方法及其对载体各方面性能的影响进行了系统研究,筛选出性能较好的复合载体,最后利用XRD和H2-TPR为催化剂活性评价方法,分别考察并探讨了优选后载体负载活性物质后制备的三效催化剂性能,并通过配气模拟垃圾焚烧烟气成分揭示了模拟烟气条件下TWC对NOx的催化脱除反应规律。通过载体BET表征结果发现,其比表面积随Ce0.5Zr0.5O2掺杂比例的升高呈逐渐下降的规律,且Ce0.5Zr0.5O2的掺杂有利于抑制载体颗粒的烧结。30wt%-50wt% Ce0.5Zr0.5O2含量的复合载体具有相对较优的比表面积,抗老化性能和高温稳定性。共沉淀法制备的系列载体老化前后的比表面积明显大于浸渍法制备的系列载体,抗老化性能和热稳定性也较高。从浸渍法和沉淀法制备的载体中筛选出含Ce0.5Zr0.5O2为30wt%-50wt%的复合载体,经负载0.5wt%的Pd后,分别进行了XRD和H2-TPR分析,对比表征结果,发现共沉淀法制备载体对应的催化剂在老化前后都表现出与Ce0.5Zr0.5O2相似的立方相结构,老化后晶粒长大程度较小。其新鲜的催化剂具有一定程度的氧化还原活性,老化后氧化还原活性有所降低,这表明该系列催化剂的具有较好的抗烧结能力。而浸渍法制备的载体对应的新鲜催化剂的XRD特征峰较弥散,晶形不完整,且在老化后晶粒粗化程度高。该系列新鲜催化剂氧化还原活性低于沉淀法系列载体对应的催化剂,并且在1100oC老化后其氧化还原活性几乎消失,说明烧结情况非常严重。活性测试环节研究了在不同温度、流速、氧浓度下#P5对NOx的催化转化效果。发现温度,流速和氧浓度对催化剂的催化活性以及NOx的转化率都有很大的影响。操作温度在150oC,氧浓度为10%,入口流速设置为300mL/min,气体停留时间为6×10-4sec时,催化剂的活性逐渐达到最佳,NOx的转化率可达94%。对于铈锆铝复合载体负载钯所得的催化剂,若载体中Ce0.5Zr0.5O2含量在30wt%-50wt%之间时,样品在老化前后均能保持铈锆固溶体的立方相结构和较大的氧化还原活性,该类催化剂在进行改良后可用做垃圾焚烧烟气净化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 垃圾的危害及处理
• x 的生成及其危害'>1.2 垃圾焚烧过程中NO_x的生成及其危害
• x 的生成'>1.2.1 垃圾焚烧过程中NO_x的生成
• x 的危害'>1.2.2 垃圾焚烧释放的NO_x的危害
• x 的控制'>1.3 NO_x的控制
• x'>1.3.1 应用吸附原理脱除NO_x
• x 的原理及其研究现状'>1.3.2 应用电环境脱除NO_x的原理及其研究现状
• x'>1.3.3 应用催化还原法脱除NO_x
• 1.4 三效催化剂
• 1.4.1 三效催化剂的原理及发展
• 1.4.2 三效催化剂的组成
• 1.4.3 三效催化剂的制备方法
• 1.4.4 铈锆固溶体在三效催化剂中的应用
• 1.5 本文的课题来源、研究意义以及研究内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 课题研究背景及意义
• 1.5.3 本文研究内容
• 第2章 实验设备及方法
• 2.1 实验试剂与实验仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 催化剂样品的制备
• 2.2.1 载体的制备
• 2.2.2 活性物质的负载
• 2.3 催化剂的表征
• 2.3.1 比表面积测定（BET）
• 2.3.2 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.3.3 扫描电镜分析（SEM）
• 2-TPR）'>2.3.4 程序升温还原分析（H₂-TPR）
• 2.4 催化剂活性测试
• 第3章 CZ 掺杂比例对载体性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 浸渍法制备的的不同CZ 比例载体性能分析及讨论
• 3.2.1 BET 的表征结果
• 3.2.2 XRD 的表征结果
• 3.2.3 SEM 的表征结果
• 3.3 共沉淀法制备的不同CZ 比例载体性能比较及讨论
• 3.3.1 BET 的表征结果
• 3.3.2 XRD 的表征结果
• 3.3.3 SEM 的表征结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 催化剂0.5%Pd/CZA 的性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 XRD 的表征结果
• 4.3 H2-TPR 的表征结果
• 4.4 本章小结
• x 性能及操作条件的影响的实验研究'>第5章 TWC 脱除NO_x性能及操作条件的影响的实验研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验装置及方法
• 5.1.2 实验步骤
• 5.2 实验结果讨论与分析
• 5.2.1 不同操作温度对催化性能的影响
• 5.2.2 操作气流对催化性能的影响
• 2 浓度对催化性能的影响'>5.2.3 O₂浓度对催化性能的影响
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 缩略语词汇表
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果