【摘要】：選擇性催化還原(SCR)技術(shù)被認(rèn)為是脫除煙氣中NOx最有效的方法之一,然而結(jié)合鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣特點(diǎn)及現(xiàn)階段我國(guó)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀,高昂的換熱器顯然不宜引入鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序的脫硝過(guò)程中,這就使其不再適用傳統(tǒng)火電廠的中高溫SCR工藝。因此低溫SCR工藝的開發(fā)日益成為越來(lái)越多研究者關(guān)注的焦點(diǎn),但目前成果較少,尚不具備工業(yè)化應(yīng)用水平。為了避免高粉塵高SO2濃度對(duì)催化劑使用壽命的影響,將低溫SCR工藝置于半干法脫硫技術(shù)之后成為一個(gè)較佳的選擇,在此低溫(200℃以下)、低S02濃度和高含濕量的工況下,獲得較高的SCR活性與H2O及SO2的抗中毒能力就成為突破此工藝工業(yè)化壁壘的關(guān)鍵要素。針對(duì)以上問(wèn)題,本文通過(guò)自制TiO2、TiO2-ZrO2、TiO2-GO(GE)等不同載體,負(fù)載主催化劑Mn以及Ce、Fe等助劑,在高空速條件下,對(duì)各類催化劑低溫SCR脫硝性能和抗水抗硫中毒性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室研究。 本文首先通過(guò)對(duì)載體TiO2和TiO2-ZrO2的兩種制備方法和負(fù)載方式的對(duì)比,確定了溶膠凝膠法和超聲波浸漬法分別為本實(shí)驗(yàn)中低溫SCR催化劑的最佳載體制備方法及活性組分負(fù)載方式。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)低溫SCR活性和相關(guān)表征對(duì)比研究,將TiO2-ZrO2(3:1)(摩爾比)和TiO2-GO(GE)(125:1)(質(zhì)量比)作為本實(shí)驗(yàn)催化劑的最佳載體配比。借助低溫SCR活性測(cè)試和相關(guān)表征手段,比較添加不同負(fù)載量主催化劑Mn后,三類SCR催化劑的低溫活性與選擇性的優(yōu)劣,發(fā)現(xiàn)新型低溫SCR催化劑9%Mn/TiO2-GO(125:1)和7%Mn/TiO2-GE(125:1)在較低地活性組分負(fù)載量下分別獲得了94.89%和92.79%的最佳低溫SCR活性,N2選擇性均在95%以上；而非化學(xué)計(jì)量MnOx/Mn的出現(xiàn)被認(rèn)為是提升其低溫活性的原因。 之后通過(guò)添加助劑Ce.Fe來(lái)研究其加入對(duì)于幾種Mn基催化劑低溫SCR活性及N2選擇性的影響。結(jié)果表明助劑的加入有助于提高催化劑的低溫SCR活性,維持較高的N2選擇性。分析認(rèn)為加入Ce可以提高催化劑的儲(chǔ)氧能力,使其表面出現(xiàn)多種價(jià)態(tài)金屬氧化物,促進(jìn)氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行,并大幅提高催化劑低溫活性；Fe的引入亦能豐富活性組分物相種類,小幅提高低溫催化活性。Fe-Ce-Mn/TiO2-GO(GE)(125:1)催化劑獲得了最佳的低溫SCR活性,實(shí)現(xiàn)了較高的N2選擇性。 此外,針對(duì)燒結(jié)煙氣高濕高氧含量的工況,結(jié)合半干法脫硫后剩余S02濃度,本文還探討了低溫SCR反應(yīng)中NH3/NO摩爾比、02含量、H20和S02濃度等工藝參數(shù)對(duì)各種催化劑低溫活性的影響,力求為該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用提供較為詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。文中重點(diǎn)研究了幾種催化劑的抗水抗硫性能,發(fā)現(xiàn)載體中GO和GE的引入,起到了預(yù)硫化和表面疏水化的作用,輔以助劑Fe的硫酸鹽化保護(hù)作用,明顯提高了催化劑的抗水抗硫中毒能力,特別是新型Fe-Ce-Mn/TiO2-GO(GE)(125:催化劑的抗性有了大幅度的提高。 總體來(lái)說(shuō)本文通過(guò)較為系統(tǒng)詳實(shí)的研究,自主調(diào)配催化劑制備工藝,開發(fā)了一種新型Fe-Ce-Mn/TiO2-GO(GE)低溫SCR催化劑,對(duì)比目前已有報(bào)道的低溫SCR催化劑,該催化劑具有低溫活性高、抗水抗硫中毒能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),特別是研究了針對(duì)燒結(jié)煙氣工況以及半干法脫硫后煙氣特點(diǎn),探討了NH3/NO和O2含量對(duì)低溫SCR活性的影響,為低溫SCR工藝在鋼鐵燒結(jié)工序的工業(yè)化應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ),GO和GE的引入所帶來(lái)的低溫活性的提高亦進(jìn)行較為深入地探討,加之較少的添加量與活性組分負(fù)載量,有望實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑成本的控制,為今后此類低溫SCR催化劑的進(jìn)一步研究與改進(jìn),進(jìn)而產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了較好地理論指導(dǎo)。
【圖文】：

SCR煙氣脫銷原理圖

SCR的三種布置工藝方式圖
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X757;O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2704957