CuO-γ-Al-,2-O-,3-及其改性催化劑脫硫脫硝性能研究.pdf

1、大氣中的SO2和Nox所引起的酸雨問題是現(xiàn)今世界普遍關(guān)注的三大環(huán)境保護(hù)課題之一，而燃煤電站是SO2和NOX排放的主要來源。研究和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：煙氣凈化技術(shù)能最大程度上經(jīng)濟(jì)有效控制SO2和NOX排放。可再生干法煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)是燃煤污染物排放控制發(fā)展的重要方向。在目前已開發(fā)的干法同時(shí)脫硫脫硝劑中，CuO/γ-Al2O3催化劑既可催化氧化吸附煙氣中的SO2形成硫酸鹽，又可在噴入氨氣條件下將煙氣中的Nox選擇性催化還原為N2，且吸附S

2、O2飽和的催化劑可于還原性氣氛中還原再生，故而得到廣泛關(guān)注，但因催化劑在耐磨性和硫容等方面存在的問題，至今未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化?；诖耍菊撐墓ぷ鲝脑鰪?qiáng)催化劑結(jié)構(gòu)特征，提高催化劑脫硫脫硝性能的要求出發(fā)，通過催化劑制備工藝的改進(jìn)與添加助催化劑，開發(fā)出一種高效穩(wěn)定且可實(shí)現(xiàn)再生循環(huán)利用的干法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)。結(jié)合脫硝機(jī)理的研究，系統(tǒng)分析了SO2和助催化劑對催化劑SCR活性的作用本質(zhì)。論文主要從以下幾個(gè)方面開展了研究:
　　 采用溶膠凝膠法制備

3、CuO/γ-Al2O3顆粒，研究催化劑制備工藝中的各種影響因素，并對制備工藝進(jìn)行了改進(jìn)。簡化后的制備工藝不僅縮短催化劑制備周期，也降低催化劑制備成本；溶膠凝膠法制備催化劑擁有較大的比表面積和孔容積，較高的活性組分負(fù)載量，從而有望擁有較高的脫硝反應(yīng)活性和較大的脫硫硫容。
　　 以溶膠凝膠法制備CuO/γ-Al2O3催化劑，在固定床上開展煙氣脫硝性能實(shí)驗(yàn)研究。溶膠凝膠法與浸漬法制備的CuO/γ-Al2O3催化劑相比，擁有較高的脫硝活

4、性和較寬的溫度適用窗口，在250-400℃內(nèi)脫硝效率維持在85%以上；研究了NH3/NO摩爾比、O2濃度和不同活性組分負(fù)載量對脫硝性能的影響；分析了水蒸汽對催化劑脫硝性能的毒化作用；研究發(fā)現(xiàn)NH3在高溫區(qū)(400-500)℃過度氧化生成N2、NO和N2O，是脫硝效率下降的主要原因。
　　 選用不同類別的助催化劑，對CuO/γ-Al2O3催化劑進(jìn)行改性。催化劑中添加不同助催化劑，脫硝反應(yīng)溫度窗口呈現(xiàn)明顯差別。催化劑表面氧化性越強(qiáng)，

5、催化劑在低溫區(qū)(200-300)℃脫硝活性越高，但在高溫區(qū)(400-500)℃脫硝活性卻越低。制備的CuO-CeO2-MnOx/γ-Al2O3催化劑在100-200℃內(nèi)呈現(xiàn)了65%以上的脫硝活性，是一種有潛力的低溫類型催化劑。
　　 隨著溫度變化SO2對催化劑脫硝性能有雙重影響。對比新鮮催化劑和硫化后催化劑，SO2降低了硫化后催化劑低溫區(qū)脫硝活性，但增強(qiáng)了在高溫區(qū)脫硝活性。SO2對催化劑脫硝性能的影響歸功于NH3在催化劑表面的吸

6、附量和催化劑對NH3氧化性能；硫化后催化劑表面氧化性能較低是其在低溫區(qū)脫硝活性較差的主要原因。高的NH3吸附量保證了催化劑在高溫區(qū)擁有較高脫硝效率。CuO/γ-Al2O3再生后脫硫脫硝性能得到了恢復(fù)，但是其硫容有所降低。改性后催化劑的硫容得到一定程度提高，CuO-V2O5/γ-Al2O3催化劑可再生性能最好，在三個(gè)循環(huán)過程中硫容降低程度較小。
　　 采用在線原位紅外漫反射技術(shù)，并應(yīng)用程序升溫和暫態(tài)響應(yīng)等方法對NH3和NO在CuO

7、/γ-Al2O3催化劑表面的吸附性能、吸附態(tài)NH3和NO的反應(yīng)性以及SCR反應(yīng)機(jī)理作了系統(tǒng)研究。CuO/γ-Al2O3催化劑上的SCR反應(yīng)遵循E1ey-Rideat機(jī)理，即SCR反應(yīng)發(fā)生于吸附態(tài)NH3與氣相或弱吸附態(tài)的NO之間；CuO/γ-Al2O3催化劑的Lewis酸性位具有SCR活性；Bronsted酸性位的NH4+不參與SCR反應(yīng)；吸附態(tài)NO及其氧化生成的亞硝基物種參與SCR反應(yīng)，而硝酸鹽物種很難參與SCR反應(yīng)。
　　 采

8、用密度泛函法研究NH3、NO2和NO分子在CuO/γ-Al2O3催化劑表面的吸附行為。這幾種分子在CuAl2O4（100）表面Cu2+位上吸附作用的發(fā)生都比較容易進(jìn)行，其中NO和吸附位的結(jié)合力最強(qiáng)，那里被吸附物和CuAl2O4（100）表面之間的電荷轉(zhuǎn)移最強(qiáng)。催化劑和被吸附物種之間發(fā)生了電荷的轉(zhuǎn)移，并且電荷的轉(zhuǎn)移在吸附過程中起著非常重要的作用。吸附過程中相應(yīng)幾何和電子特性的變化也與被吸附物種NH3、NO2和NO的吸附能力相關(guān)。對此研究有