活性半焦用于烟气脱硫脱硝的研究
随着我国经济的发展，环境污染问题越来越严重，而大气污染又是环境污染中最突出的问题。SO2，NOx(90％为NO)，CO，CO2等污染物的排放对人类的生存环境产生了极大的威胁。尤其是NOx不仅能形成酸雨和光化学烟雾，而且能引起温室效应，人类的很多疾病都或多或少与NOx的排放有关。因此，为了保护我们生存的环境，必须控制和治理SO2、NOx等的污染。如何有效地消除烟气中的SO2、NOx是一项世界性的难题。其中，烟气脱硫技术已相当成熟，本文主要研究NOx的脱除。
目前，用NH3选择性催化还原(SCR)I艺脱除烟道气中NOx的技术已用于工业化生产，但由于NH3容易泄漏、腐蚀性强、设备投资大、操作难度高、能形成硫酸铵等造成管道堵塞，使该技术的应用受到限制。因此，为寻找新的、更有效的脱除方法，本文在前人研究的基础上，以廉价半焦代替传统方法中的活性炭进行烟气脱硫脱硝研究，得到了一些新的、有意义的结果。半焦是煤在较低温度下(600～700℃)热解的产物，未完全分解，不仅含有丰富的氢氧元素，而且有丰富的孔隙和表面结构，为活化剂顺利进入颗粒内部进行活化提供有利条件。本文主要研究工作如下：
论述了NOx排放控制技术研究的意义；系统地综述了NOx排放控制技术的发展与现状。
将陕西府谷褐煤半焦进行高压水热改性、高温热处理改性、硝酸氧化改性、负载金属氧化物等一系列活化改性处理，制备出半焦催化剂。研究结果表明，高压水热改性能够提高改性半焦比表面积和孔容，增加表面含氧官能团含量；高温热处理能够增加改性半焦表面的碱性官能团含量；硝酸氧化改性能够增加改性半焦表面酸性官能团含量，再经高温热处理后转化为碱性官能团；负载金属氧化物能够提供更多的活性中心。上述改性方法均能提高原料半焦的比表面积和孔容、孔径，改善半焦表面性质，有利于NO的吸附和氧化。
在模拟烟气气氛下，利用固定床反应器对原料半焦和半焦催化剂进行SO2脱除性能考察研究。研究结果表明：原料半焦脱除烟气中SO2的效率和硫容都很低，经活化改性和负载金属氧化物后，SO2脱除效率和硫容明显提高。当SO2出口转化率为40％时，穿透时间和硫容分别为：原料半焦：45min，0.75gSO2·(100gC)-1；V3:595min,7.15gSO2.(100gC)-1；Fe3:786min,8.41gSO2·(100gC)-1。
在模拟烟气气氛下，利用固定床反应器对原料半焦和半焦催化剂进行NO脱除性能考察以及工艺操作参数对脱硝活性影响研究。研究结果表明：高压水热改性、高温热处理改性、硝酸氧化改性三种改性方法均能提高半焦的脱硝活性，其中，硝酸氧化+高温热处理的组合改性方式效果最佳，穿透时间达680min。
之后，在改性活化的半焦上负载不同种类的金属氧化物( Fe2O3.MnO2.V2O5、CuO)，考察脱硝活性。结果表明：在改性活化后的半焦上负载金属组分后，均有一定的脱硝效果，负载1％(w)CuO的FH700Cu1脱硝效果相对理想，穿透时间达725min。
选取催化剂FH700Cu1，考察工艺操作参数：反应温度、氧气含量、空速、水蒸气含量及NO进口浓度对脱硝活性的影响。研究结果表明：NO脱除效率随氧气含量增加、水蒸气含量降低和NO进口浓度减小而提高，随温度升高、空速增大而先提高后降低。最佳工艺条件为：反应温度：80℃；氧气含量：5％；空速：800h-1；水蒸气含量：0。
同时脱硫脱硝研究中考察了SO2和NO同时存在时的脱除效果。研究结果表明：SO2脱除率一直为100％；随SO2进口浓度增大，NO脱除效率显著降低。说明NO的存在促进SO2的脱除，而SO2的存在严重抑制NO的脱除。
对失活半焦催化剂进行了热脱附法再生、水洗法再生和氨水法再生。研究结果表明：再生后的半焦催化剂的NO脱除效率下降，并随再生次数增加，NO脱除效率逐渐下降。三种再生方法中，水洗法再生效果最好，三次再生后，NO脱除效率恢复到新鲜催化剂的45.9％，说明半焦催化剂稳定性较差，需进一步改善催化剂制备和再生方法。
利用比表面积和孔容测定(BET)、程序升温脱附(TPD)、扫描电镜(SEM)等分析手段对半焦催化剂进行评价。
烟气脱硫脱硝;环境污染;焦催化剂;高温热处理
中国海洋大学
硕士
化学工程
李春虎
2009
中文
X701.3
100
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）