活性炭治理煙氣中氮氧化物的研究.pdf

1、燃料燃燒過程產(chǎn)生的Nox是大氣主要污染物之一，它對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成巨大的危害。Nox的治理方法主要有選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法。其中以選擇性催化還原法應(yīng)用最為廣泛，但是該法消耗大量的NH3并且過量NH3的泄漏導(dǎo)致了二次污染。炭材料如活性焦、活性炭和活性炭纖維等在Nox治理當(dāng)中通常用作吸附劑和催化劑載體；也可單獨用作催化劑，在低溫(<200℃)和氧氣存在的條件下，以NH3作還原劑選擇催化脫除Nox。其中活性焦已被

2、實際應(yīng)用于工業(yè)燃煤煙氣中Nox和SO2的同時脫除。但是，由于活性焦比表面積較小，其反應(yīng)空速一般在400h-1左右，因此設(shè)備龐大?；钚蕴烤哂休^大的比表面積、成本低、有較好的機械強度，并且具有一定的SCR活性，可用于Nox催化脫除。為縮小反應(yīng)器，降低投資成本，研究活性炭對Nox的選擇性催化還原十分必要。 本文研究了以活性炭作為催化劑，NH3作還原劑低溫催化還原Nox的催化活性，同時對活性炭既作還原劑又作載體負載復(fù)合金屬氧化物催化還原

3、Nox進行了研究。實驗證明，活性炭具有良好的以NH3為還原劑的低溫SCR活性。在一定操作條件下，隨著空速和溫度的增加，Nox去除率逐漸降低；隨著入口濃度和氧含量的升高，Nox的去除率逐漸升高，但當(dāng)入口濃度大于1050 mg/m3、氧含量大于2.5％時去除率增加緩慢；在室溫、氧氣含量為2.5％、空速為2000h-1、Nox進口濃度為1390 mg/m3和NH3/Nox為1.2的條件下，活性炭作催化劑的Nox的去除率在88％以上；將NO預(yù)氧

4、化為NO2可提高Nox的去除效率。四種活性炭表面結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明，酸性較強的活性炭具有較好的SCR活性，且對水和Nox都有較大的吸附容量。經(jīng)過酸處理后的活性炭其吸附容量減少，但其SCR活性卻有一定程度的提高。常溫條件下SO2對Nox去除有一定影響，主要原因是SO2可與還原劑NH3反應(yīng)，降低整個反應(yīng)過程的NH3/Nox比，從而Nox去除效率降低。SO2停止加入后，活性炭活性可部分恢復(fù)。水的加入，使催化劑完全失活，并且在水停止通入后，其催

5、化活性不能恢復(fù)，其原因是水分子和NO分子都是極性分子，但水分子的極性更強。由于活性炭表面存在部分親水性物質(zhì)和含氧基團，而活性炭是一種極性吸附劑，水的加入會使活性炭首先吸附水分子而占據(jù)NO分子的吸附位，使NO的吸附量減少，從而導(dǎo)致活性炭的失活。過渡應(yīng)答實驗結(jié)果表明，以活性炭為催化劑的SCR反應(yīng)按Eley-Rideal機理進行，并且O2的存在可明顯促進NO的還原。動力學(xué)分析表明，在活性炭為催化劑的SCR反應(yīng)中，當(dāng)NH3/Nox小于1.0時，

6、NH3的反應(yīng)級數(shù)為0.5802，當(dāng)NH3/Nox大于1.0時，其反應(yīng)級數(shù)為0；NO的反應(yīng)級數(shù)為1.0；O2的反應(yīng)級數(shù)為0.337（O2的濃度<2.5％）或0（O2的濃度>2.5％）；在實驗活性炭粒度條件下，外擴散對該催化影響可以忽略；而內(nèi)擴散的影響不能忽略。實驗表明不論負載何種復(fù)合催化劑，ZJ-101活性炭的還原活性都較高，是一種較好的催化劑載體和還原劑。對于單獨的活性炭作還原劑，不負載任何金屬氧化物，在350℃左右，對Nox的還原效率

7、很低，僅4％左右；在負載單金屬氧化物后（不負載助劑KOH），其還原效率有所提高。對于負載有鉀和一種金屬氧化物的復(fù)合催化劑，其還原效率明顯提高，說明氫氧化鉀是一種良好的助催化劑，能明顯提高Nox還原效率。在銅、鈷、鎳三種金屬氧化物催化劑中，鉀銅復(fù)合催化劑的低溫活性最好。對于鉀銅復(fù)合催化劑，Nox去除效率隨著濃度的增加而降低；隨著空速的增加，Nox去除效率降低較快，當(dāng)空速增加到5000h-1時，Nox的去除效率只有60％左右；當(dāng)氧含量為0時