甲烷催化还原二氧化硫为元素硫催化剂的研究

论文摘要

二氧化硫是危害最为严重的大气污染物之一,它主要来自化石燃料的燃烧,通过形成酸雨破坏生态环境,危害人类的生存环境。二氧化硫的脱除从SO2的控制途径可以分为:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫。在诸多的脱硫方法中,催化还原法具有明显优势,可以将二氧化硫直接还原为元素硫,一方面减轻大气污染,另一方面可以缓解我国缺硫的境况。本研究以低浓度SO2烟气为研究对象,采用催化还原二氧化硫生成元素硫的方法,选择了CH4为还原气体,利用浸渍法制备了铁、钴、镍、铜、钼形成的负载于γ-Al2O3的单组分、复合组分含量为8%共16种催化剂;考虑到浸渍顺序的影响,用相同活性组分,不同的浸渍顺序制备了10种分步浸渍的复合组分负载型催化剂并做了催化剂评价,优选出2种催化性能较好的催化剂,考察了在制备过程中浸渍温度和焙烧温度对催化剂性能的影响,最后考察反应温度、反应物配比以及空速等反应条件对催化还原SO2活性的影响。并在优化条件下,对催化还原SO2机理做探索性研究。同时利用XRD、SEM对催化剂的物相和表面形貌等进行了表征。得出如下结论:（1）五种单组分催化剂的SO2转化率都比较低,都低于20%。（2）复合组分催化剂SO2转化率都明显高于单组分催化剂,同时浸渍的两组分的负载型催化剂高于600℃都表现较高的转化率,在温度高于600℃时Fe3O4 - NiO /γ-Al2O3和Fe3O4 - CuO/γ-Al2O3的SO2转化率大于99.9%;（3）分步浸渍法制备的复合相金属负载型催化剂的SO2转化率都不高,并且明显低于同时浸渍的相同组分的催化剂,这可能在分步浸渍中后浸渍的组分将前浸渍组分的活性中心被全部或部分覆盖,没有起到相互协同的作用而使催化剂催化能力降低;（4）优选出Fe3O4-CuO/γ-Al2O3、Fe3O4-NiO/γ-Al2O3两种催化剂,最佳浸渍温度为80℃,最佳焙烧温度为650℃;（5）在确定浸渍温度和焙烧温度后,发现在反应温度大于600℃,SO2转化率迅速上升,并确定反应温度为600℃;SO2/ CH4进料比在1.0-1.2的范围内SO2转化率大于99%;（6）XRD衍射图谱表明衍射图谱表明,硫化物是催化SO2还原反应的活性相,该活性相的形成与催化剂的氧化还原能力有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 我国二氧化硫污染现状
• 1.2 二氧化硫气体的性质和危害
• 1.2.1 二氧化硫气体的性质
• 1.2.2 二氧化硫气体的危害
• 1.3 目前主要脱硫技术及其比较
• 1.3.1 湿法脱硫
• 1.3.2 半干法脱硫
• 1.3.3 干法脱硫
• 1.3.4 生物法
• 1.3.5 电化学法
• 1.4 催化还原脱硫法
• 1.4.1 氢气还原法
• 1.4.2 碳还原法
• 1.4.3 氨还原法
• 1.4.4 CO还原法
• 1.4.5 烃类还原法
• 1.5 二氧化硫催化还原催化剂研究进展
• 1.5.1 负载型催化剂
• 1.5.2 钙钛矿型催化剂
• 1.5.3 萤石型催化剂
• 1.5.4 其它氧化物
• 2的理论基础'>1.6 甲烷催化还原脱除SO₂的理论基础
• 2的基本反应'>1.6.1 甲烷催化还原脱除SO₂的基本反应
• 2反应机理'>1.6.2 甲烷催化还原脱除SO₂反应机理
• 1.7 本章小结
• 2 选题意义、研究内容及创新点
• 2.1 选题研究的意义
• 2.2 课题研究的内容
• 2.3 课题研究的创新点
• 4催化还原脱除SO₂催化剂的研究'>3 CH₄催化还原脱除SO₂催化剂的研究
• 3.1 催化剂的制备及活性组分评价实验
• 3.1.1 催化剂的制备
• 3.1.1.1 试剂与原材料
• 2O₃载体的特点'>3.1.1.2 γ-Al₂O₃载体的特点
• 3.1.1.3 催化剂的制备
• 3.1.2 催化剂的性能评价指标及装置
• 3.1.2.1 评价指标
• 3.1.2.2 催化剂的活性评价装置
• 4催化还原脱除SO₂催化剂的性能评价实验'>3.1.3 CH₄催化还原脱除SO₂催化剂的性能评价实验
• 3.1.3.1 实验方法
• 3.1.3.2 实验结果与讨论
• 3.1.4 本节小结
• 4催化还原脱除SO₂催化剂制备条件实验'>3.2 CH₄催化还原脱除SO₂催化剂制备条件实验
• 3.2.1 催化剂制备条件实验
• 3.2.2 实验结果与讨论
• 3.2.2.1 浸渍温度对催化剂性能的影响
• 3.2.2.2 焙烧温度催化剂性能的影响
• 3.2.3 本节小结
• 4催化还原脱除SO₂催化剂评价条件实验'>3.3 CH₄催化还原脱除SO₂催化剂评价条件实验
• 3.3.1 反应温度对催化性能的影响
• 3.3.1.1 实验方法
• 3.3.1.2 实验结果与讨论
• 3.3.2 空速对催化性能的影响
• 3.3.2.1 实验方法
• 3.3.2.2 实验结果与讨论
• 3.3.3 反应物进料比对反应活性的影响
• 3.3.3.1 实验方法
• 3.3.3.2 实验结果与讨论
• 3.3.4 本节小结
• 3.4 催化剂的表征及机理讨论
• 3.4.1 X射线衍射（XRD）实验
• 3.4.1.1 XRD物相分析原理
• 3.4.1.2 结果与讨论
• 3.4.2 SEM电镜实验
• 3.4.2.1 SEM工作原理
• 3.4.2.2 结论与讨论
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录