商业V2O5-WO3/TiO2催化剂SCR脱硝过程中PM2.5的排放特性及影响因素研究

针对V2O5-WO3/Ti O2商用催化剂,采用电称低压冲击器(ELPI)、PM10/PM2.5采样器、X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜-能谱分析(FSEM-EDX)等对SCR烟气脱硝中形成的细颗粒粒径分布、形貌、元素及物相组成进行了测试分析,并研究了烟气组分及反应条件对SCR脱硝系统出口细颗粒物性的影响。结果表明,SCR脱硝过程中会形成不少亚微米级颗粒,主要成分为硫酸铵以及硫酸氢氨,晶型呈块状。细颗粒生成量随反应温度的升高和NH3/NO摩尔比的增加而增加,在脱硝效率较高时,颗粒物形成量也趋于增多;烟气中SO2、H2O和O2浓度的增加均会导致细颗粒物形成量的增加。导致细颗粒物产生的主要原因可归结于催化剂的活性组分对SO2的氧化以及SCR脱硝反应中NH3的逃逸。     

蜂窝状V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能研究

实验室制备了蜂窝状V2O5-WO3/TiO2的脱硝催化剂，通过BET、XRD、SEM等方法对微观结构进行表征。在自制SCR活性试验台上测试各种运行工况（温度、空速比等）和烟气组成（NH3/NO、水蒸汽等）对催化剂的脱硝活性、选择性、SO2的氧化率和氨逃逸量的影响。发现自制蜂窝状催化剂在空速比（SV）小于3500h-1、NH3/NO在 0.9~1.0、温度320~420℃范围内的NO脱除率较高、SO2氧化率和氨逃逸量较低，基本达到工业应用的要求，低含量（低于2％）水蒸汽可以提高高温段NO脱除率，而高含量的水蒸汽对催化剂NO脱除具有明显的抑制作用，但水蒸汽的加入会使NO脱除温度窗口拓宽；由于催化剂自身含有较多的硫酸盐，未观察到SO2对脱硝反应有促进作用。     

SO2对于铁基硫酸盐的NH3选择性还原NO催化活性的影响

以硫酸亚铁热解产生的铁基硫酸盐催化剂的选择性催化还原反应活性为对象,研究了300-500℃范围内S02对于该催化剂催化性能的影响。通过固定床实验,原位红外漫反射测试NH,吸附实验测试了催化剂的脱硝活性、选择性及NH3的吸附情况。实验结果表明：S02促进了铁基硫酸盐催化剂的选择性催化还原反应活性,提高了NH,的选择性。原位红外光谱实验进一步证实SO2的吸附增强了催化剂表面的BrФbnsted酸性位,促进了NH3的吸附,有利于NH3与NO的反应,从而体现出较强的脱硝活性。考虑到脱硝活性以及NH3选择性的情况,选取350℃为主要反应温度比较合适。     

CuO/g-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/g-Al2O3催化吸附剂的脱硝性能

利用改进的溶胶凝胶法制备纳米孔径的CuO/γ-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化吸附剂颗粒,在固定床上测试其催化脱硝活性。两类催化吸附剂250～400℃范围内脱硝效率稳定在70％以上。在350℃时效率稳定在最高值。利用程序升温方法研究了两类催化剂对NH3和NO的氧化性能,发现NH3在高于400℃下急剧氧化,是脱硝效率下降的主要原因。CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化生成NO2,NO2生成有利于脱硝反应的进行。NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用。改进的CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化剂能使NH3在高温400℃下不被氧化,也促进了NO在催化剂表面的吸附,从而提高催化剂了脱硝效率。催化剂反应的机理为NO吸附在催化剂表面,氧化生成吸附态的NO2,其再与吸附催化剂上的NH3反应。     

CuO/γ-A1203和CuO-Ce02-Na20/γ-Al2O3催化吸附剂的脱硝性能

利用改进的溶胶凝胶法制备CuO/γ-Al2O3和CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化吸附剂颗粒,在固定床上测试其催化脱硝活性.2类催化吸附剂250～400℃范围内脱硝效率稳定在70%以上.在350℃时效率稳定在最高值.利用程序升温方法研究了2类催化剂对NH3和NO的氧化性能,发现NH3在高于400℃下急剧氧化生成N2、NO和N20,是脱硝效率下降的主要原因.CuO/γ-Al2O3催化剂能将NO氧化生成NO2,NO在催化剂上的吸附对脱硝过程有重要作用.改进的CuO-CeO2-Na2O/γ-Al2O3催化剂能使NH3在高温400℃下不被氧化,也促进了NO在催化剂表面的吸附,从而提高了催化剂脱硝效率.催化反应的机理为NO吸附在催化剂表面,氧化生成吸附态的NO2,再与吸附催化剂上的NH3反应.     

铁铈氧化物催化剂脱硝性能及抗碱金属盐中毒性能研究

采用浸渍法制备了CeO_2-Fe_2O_3/TiO_2脱硝催化剂,研究了反应温度对不同铈钛摩尔比催化剂脱硝效率的影响,以及负载10%CeO_2和3%Fe2O_3的催化剂的抗硫性能和抗钾、钠碱金属盐中毒性能。试验结果表明:CeO_2-Fe_2O_3/TiO_2催化剂最佳反应温度为350℃;铁铈氧化物催化剂的最佳组分配比为CeO_2摩尔分数10%,Fe_2O_3摩尔分数3%,NO脱除率可达95.65%;10%-3%CeO_2-Fe_2O_3催化剂具有良好的抗硫性能;钾、钠碱金属盐对催化剂均有一定的毒化作用,但未对催化活性成分的晶相产生影响,只是削弱了活性成分与载体间的相互结合作用,且钾盐对催化剂活性的影响大于钠盐;钾、钠碱金属盐使催化剂中毒失活可能是由于催化剂NH3吸附能力下降,吸附量减少。     

γFe2O3的选择性催化还原脱硝性能及其对NH3和NO的表面吸附行为研究

采用γFe2O3纳米粉末制备选择性催化还原(selective catalysis reduction,SCR)脱硝催化剂,通过XRD、BET对催化剂进行表征,并对此催化剂的低温SCR脱硝性能在一固定床反应器中进行考察;此外通过原位红外漫反射光谱法(diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy, DRIFTS)研究了反应物在催化剂表面的吸附活化。结果表明,实验所采用的Fe2O3为纯γ相,具有较高的热稳定性和脱硝效率。DRIFTS实验研究表明,NH3主要吸附到γFe2O3催化剂表面 L 酸位形成吸附态的 NH3,在小于270℃时有部分NH3吸附到B酸位生成NH4+;O2的存在能促进吸附到L 酸位上的 NH3发生脱氢反应生成 NH2,并能够大大促进NO在催化剂表面吸附生成硝酸盐和吸附态的NO2,从而促进低温下的SCR反应。在90~360℃的温度区间内可能遵循两种反应途径,主要反应是吸附在L酸位的NH3脱氢生成NH2,然后和气态的NO反应生成N2和H2O;在低于240℃时,可能存在另外一种反应途径,中间产物 NO2(NH4+)2与NO反应生成N2、H2O和H+。     

氨法烟气脱硫过程(NH4)2SO3溶液吸收NOx的特性研究

为研究电厂湿式氨法烟气协同脱硫脱硝过程中的主要吸收剂(NH4)2SO3溶液与烟气中的NOx之间的反应特性,在小型双搅拌反应釜系统中,基于双膜理论对(NH4)2SO3溶液与NOx间的气液吸收反应进行研究.实验结果表明:随气液相搅拌速度和温度的增加,不同NO2/NO之比下的NOx 的吸收速率都相应的增加,而随着O2含量的增加,NO2的吸收速率会不断降低,NO的吸收速率却会不断增加,这主要由于O2的存在涉及到NO和SO32-的同时氧化.另外,由于气相中SO2的存在对NO2和NO的吸收速率都有一定的促进作用,因此氨法同时脱硫脱硝技术具有可行性.     

焙烧温度对Mn-Cu/TiO2催化剂性能的影响

Mn-Cu/TiO2具有较大的比表面积、活性组分与TiO2强烈的相互作用、良好的氧化还原能力以及较高的吸氨能力。故将溶胶凝胶法制备的Mn-Cu/TiO2催化剂,应用于NH3低温选择性催化还原(SCR)脱硝技术。为提高该催化剂的活性和抗SO2中毒能力,研究了溶胶凝胶法焙烧温度对Mn-Cu/TiO2催化剂催化性能的影响,并通过吸附N2能力测试(N2-BET)、X射线衍射试验(XRD)、H2和NH3的化学吸附特性测试(H2-TPR、NH3-TPD)等多种手段对催化剂的理化性能进行表征。研究发现,在400℃下焙烧制备的催化剂拥有最佳脱硝活性和抗SO2中毒能力。     

低温NH3选择性催化还原脱硝催化剂MnFexCe1-xTiO2抗硫再生性能研究

通过共沉淀法制备了MnFexCe1-xTiO2催化剂,以NH,为还原剂,考察了催化剂的脱硝性能及抗硫再生性能。结果表明,Mn1Fe09Ce0．1／TiO2催化剂表现出最佳的脱硝活性和优良的抗硫性能,在140℃时NO转化率可达到100％。在烟气中通入的SO2浓度小于等于80mg／m3时,催化剂只发生可逆性中毒,当SO2浓度大于80mg／m3时,在催化剂表面会生成硝酸盐及硫酸盐等物质导致不可逆失活,但中毒失活催化剂在经水洗后可实现再生,NO的转化率可基本恢复至新鲜催化剂水平。     

应用脉冲放电等离子体氧化NO、SO2的影响因素

在典型的脉冲放电烟气脱硫、脱硝工艺中,NO和SO2主要通过氧化反应转化为相应的高价氨盐化合物脱除,因此如何促进污染物的氧化反应是该技术的关键问题之一。为此,采用丙烯作为添加剂,研究了脉冲频率、烟气中水蒸气的体积分数、注入丙烯的体积分数、SO2等对NO的氧化产物的影响。实验结果表明:烟气中不存在SO2时,NO氧化的主要产物是NO2,且NO2生成的选择性随脉冲频率的上升、水蒸气体积分数的增大而下降,随注入丙烯体积分数的增大而增大。综合考虑到脱硝能耗,丙烯按1倍NOx的体积分数注入烟气为佳;烟气中存在SO2时,NO氧化生成的NO2可以生成硝酸盐,NO2生成的选择性较低,因此SO2可以促进氮氧化物的脱除。     

用臭氧氧化技术同时脱除锅炉烟气中NOx及SO2的试验研究

对臭氧氧化锅炉烟气同时脱硫脱硝技术进行了基础试验研究，主要对臭氧的无催化热分解特性、臭氧与NO和SO2的氧化特性以及结合湿法洗涤的整体脱除效果进行了试验研究。研究结果表明臭氧在典型锅炉排烟温度150℃下10s内分解率为28%，该温度下臭氧的生存时间远长于其与NOx/SO2的动力学反应时间，对反应过程影响不大。在100~ 200℃范围内，臭氧均可以对NO进行高效氧化，在[O3]/ [NO]=1.0时，NO氧化率分别达到了85.7％和84.8％，随温度升高，臭氧的分解速度加快，NO氧化效率不断下降，至400℃时已无氧化能力。SO2与O3之间的氧化反应进行较弱，SO2氧化率最高达29.75%，有效温度为27~300℃。系统中加入200mL/m3的SO2对O3/NO之间的氧化反应影响不大。通过结合尾部湿法洗涤，在[O3]/[NO]=0.9时，脱硫效率接近100%，脱硝效率达到86.27%。     

Mn-Fe/TiO2低温NH3选择性还原NO催化活性及其反应机制

采用共沉淀沉积法制备了Mn-Fe/TiO2 NH3选择性催化还原(SCR)NO催化剂，80℃时即获得了92.5%的NOx转达化率，在j( H2O) = 6% 和 j( SO2) =0.01%条件下120℃时转达化率保持在95%以上。X衍射光谱(XRD)结果表明，Fe2O3与与MnO2存在相互作用，两者均匀地分散在载体TiO2表面。傅立叶转换红外(FT-IR)及原位红外(Situ IR)光谱分析得出反应机理为：Fe2O3为助催化剂，NH3主要以-NH2形式吸附在MnO2的Lewis酸中心上，与NO生成中间产物NH2NO，再分解成最终产物N2和H2O；少量以NH4+形式吸附在Br?nst酸中心上。O2能同时增加Lewis酸中心和Br?nst酸中心形成中间产物的途径。     

纳米负载型选择性催化还原反应催化剂的制备和性能研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了以陶瓷颗粒为骨架的纳米级V2O5-WO3/TiO2(C)催化剂,并用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电子透镜(transmission electron microscopy,TEM)表征了催化剂的晶型和形貌。研究了TiO2凝胶热处理温度和WO3负载量等重要参数对催化剂在以NH3为还原剂的选择性催化还原(selective catalytic reduc- tion,SCR)系统中的反应温度窗口、抗硫性的影响。最后考察了催化剂在不同NH3/NO比、O2含量、空速等因素下的性能指标。结果表明,在260~420℃的温度范围内,以陶瓷为骨架的负载型纳米V2O5-WO3/TiO2催化剂具有较高的SCR催化活性,且性能稳定; TiO2以锐钛形式存在的催化剂表现出高的抗硫性能,而TiO2以锐钛和金红石混晶形式存在时,抗硫性能比较差,但硫的中毒是可逆的,可再生;WO3负载量的增加提高了催化剂的活性。     

采用UV/H2O2体系进行烟气脱硫脱硝的实验研究

为寻求一种高效的烟气多污染物脱除技术,采用UV/H2O2体系进行烟气脱硫脱硝实验研究。在自制的鼓泡反应器上考察模拟烟气成分、H2O2溶液浓度和催化剂等影响因素对脱硫脱硝效率的影响,得出了最佳实验条件。当pH值保持在3.3左右,氧气体积浓度大于6%,溶液温度在45℃以下,加入金属催化离子时,SO2及NOx的脱除效率可达到95%以上。对实验结果进行了讨论和分析,认为该技术有望用于现有传统湿式脱硫技术的改造,使其具有同时脱硫脱硝功能。     

O3液相氧化脱除SO2试验研究

臭氧氧化SO2溶于水形成的SO2×H2O、HSO3-、SO32-产生SO42-,这使利用O3氧化脱除烟气SO2副产硫酸或硫酸盐成为可能。含SO2的氮气与臭氧分2路进入置于45 ℃水浴中的洗气瓶反应。研究臭氧施加量、溶液的PH值、氧气含量、臭氧浓度、SO2浓度、金属离子的催化作用对硫酸根产量的影响。当PH=7,O3与SO2摩尔比为1时可以达到70%左右的硫酸根产率。随着PH降低,硫酸根的产率降低,同时影响SO2的吸收效率。氧气含量不影响硫酸根的产率。当施加的臭氧量不变,加大气相臭氧浓度,有利于气液传质,因而增加硫酸根的产量。O3与SO2的摩尔比不变,SO2浓度增加,因臭氧的气液传质较差使硫酸根产率下降。铁、锰离子对O3/O2混合气氧化S(IV)有明显的促进作用。     

石灰石脱硫对循环流化床中N2O排放浓度的影响

N_2O是循环流化床锅炉运行时主要的污染物之一,石灰石脱硫会影响循环流化床锅炉中N_2O的生成和排放。石灰石脱硫过程中由于CaO对N_2O的分解的催化作用;能促进HCN向NH_3转化,减少N2O的生成;同时石灰石脱硫生成的CaS可以直接还原N_2O,减少烟气中N_2O的排放浓度。此外,石灰石脱硫产生的床料对喷氨脱氮有催化作用,可使N_2O脱氮后的残留量降低三分之二左右。因而石灰石脱硫能同时降低循环流化床中SO_2和N_2O的排放。     

选择性非催化还原脱除氮氧化物的影响因素分析

进行以NH3作为还原剂的选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)转化氮氧化物(NOx)的试验研究。考察SNCR转化NOx的各影响因素：温度,初始NH3和初始NOx摩尔浓度的比值h,NOx体积浓度,O2体积浓度,停留时间等对NOx转化率的影响。结果表明在900~1 050 ℃的温度范围内,SNCR可以得到较高的NOx转化率。并且在该温度范围内,h值由0.8变化到1.6时,NOx转化率显著增加。通过对试验数据进行数理分析,对SNCR转化NOx各因素的影响进行了定量研究,得出NOx转化速率与各因素的关系方程。同时考察了H2O2作为添加剂对SNCR的影响,发现H2O2作为添加剂能够降低SNCR对反应温度的要求,对NH3的逃逸有抑制作用,并从机理上给予了解释。