O2浓度对污泥燃烧还原性气体产生及还原NO的双重影响

在模拟水泥预分解炉装置上研究污泥燃烧过程中还原性气体的产生及其对NO的还原,并系统研究了O₂浓度（体积分数为0～5%）对还原性气体产生及NO还原的双重影响。TG-FTIR特征分析表明,污泥燃烧产生的还原性气体主要为HCN、NH₃、CO和CH₄。进一步实验研究发现O₂浓度对HCN和NH₃的产生有明显影响,HCN和NH₃在O₂体积分数为3%时产生速率最大。同时,O₂浓度对污泥燃烧还原NO有较大影响。在污泥燃烧温度为900℃,烟气中CO₂体积分数为25%、NO浓度为600mg/m³、SO₂浓度为200mg/m³、O₂体积分数为3%时,NO还原率可达到最大（55.8%）。通过还原性物质（NH₃、CO、CH₄和污泥焦）对NO的还原实验研究进一步发现,NH₃和CO是污泥燃烧过程中NO还原的关键物质,且NH₃对NO的还原随着O₂浓度的增加而增加,而CO对NO的还原受O₂浓度的限制。综合分析表明,O₂浓度对污泥燃烧NO还原的影响主要是由NH₃的产生速率差异、NH₃和CO对NO的还原起主导作用且受O₂浓度影响较大等多种因素综合导致。采用污泥作为还原剂进行NO还原是一种高效的方法,在水泥生产中可通过控制O₂浓度获得较高的NO还原率。     

煤焦直接还原脱除烟道气氮氧化物

选用3种不同煤焦,采用程序升温和恒温实验方法,在固定床上考察了不同实验条件下的NO转化率和C对NO选择性,分析了煤焦脱硝的机理和影响因素。实验结果表明：NO和O₂在煤焦表面发生化学吸附所形成的络合物在脱硝过程中起着关键作用,影响C-NO反应和C-O₂反应的竞争与协作关系。在所考察的煤焦中锡林浩特褐煤焦脱硝效果最好,当温度为723 K时烟道气中NO还原率可达99%;在温度623～923 K、O₂浓度0～5%范围内,提高温度和O₂浓度均有利于提高NO转化率,而降低O₂浓度有利于提高C对NO选择性;烟道气中NO浓度越高,其转化率越低,但C对NO选择性越高。     

等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO2/NO联合脱除特性

燃煤锅炉污染物超低排放标准对电厂脱硫和脱硝系统提出了更高的要求。CaO作为脱硫剂可以实现循环流化床锅炉烟气中SO₂的高效脱除,焦炭作为还原剂直接还原NO,同时CaO的存在对焦炭还原NO起催化作用,可以实现燃煤烟气中SO₂/NO的联合脱除。为了探究连续温度变化对CaO/生物质焦联合脱硫脱硝性能的影响,在钙循环捕集CO₂技术背景下,研究了等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO₂/NO联合脱除特性。探究了烟气中O₂和CO₂对CaO/椰壳焦脱除SO₂/NO的影响。结果表明,O₂通过对椰壳焦表面碳原子的活化作用降低了异相还原NO温度,在300~950℃等速升温过程中CaO/椰壳焦的NO脱除效率逐渐增加,780℃以上能实现100%脱硝。O₂也提高了CaO/椰壳焦的脱硫效率。CO₂与CaO的碳酸化反应以及与椰壳焦的气化反应对同时脱除SO₂/NO有明显抑制作用。O₂和CO₂共同作用下,在500~800℃内CaO/椰壳焦的脱硝效率随温度升高而增加,脱硫效率先降低后升高。NO促进了CaO/椰壳焦脱除SO₂,而SO₂对脱硝有抑制作用。800℃时CaO/椰壳焦同时脱除SO₂和NO的效率分别为97.7%和93.9%。     

MnOx/WO3/TiO2低温选择性催化还原NOx机理的原位红外研究

浸渍法制备15% MnO_x/5% WO₃/TiO₂低温脱硝催化剂,利用原位傅里叶变换红外（in situ FT-IR）设计包括多种吸附反应以及不同预处理方式的微观暂态试验与微观稳态试验,研究其NH₃-SCR脱硝反应机理,并推测反应路径。结果表明,催化剂的NH₃-SCR反应主要以Eley-Rideal机理方式进行,仅在一定温度条件下可以看到Langmuir-Hinshclwood反应路径。催化剂表面Lewis酸位的NH₃吸附是还原剂的主要来源,Brønsted酸位吸附的NH₄⁺随温度上升参与反应的比例略有提高。NH₃的吸附活化是整个反应的控制步骤,吸附态NH₃更易与NO₂发生反应,NO与催化剂表面的相互作用明显弱于NO₂。NO会在催化剂表面氧化活性中心形成大量双齿配位型硝酸盐,阻碍NH₃的吸附和活化,O₂存在条件下促进NH₃-SCR反应进行,阻止NO在催化剂表面形成双齿硝酸盐。NO与NH₃在催化剂表面存在吸附竞争,NO的吸附作用强于NH₃,温度达到100℃后吸附的NH₃方可大量活化并与NO_x发生进一步反应。     

煤焦异相还原N2O的反应机理

采用两种不同的简化煤焦模型,利用量子化学密度泛函理论研究了煤焦异相还原N₂O的反应机理。通过计算反应物、中间体以及过渡态的结构和能量明确了反应的过程,并通过热力学分析和动力学分析深入分析煤焦异相还原N₂O的反应机理。研究结果表明：单个碳原子无法体现N₂O分子在煤焦表面的吸附和脱附过程,不适于作为煤焦模型研究煤焦异相还原N₂O的反应,六环苯环簇碳基模型可以成功地研究煤焦异相还原N₂O的反应。煤焦异相还原N₂O的反应共经历三个过渡态和两个中间体将N₂O还原成N₂,N₂O分子在煤焦表面的吸附反应的活化能为51.01 kJ·mol^-1,煤焦表面吸附N₂O的过程容易进行。煤焦异相还原N₂O的反应在所研究的温度范围（298.15~1500 K）内为放热反应,可以自发发生,反应平衡常数大于10⁵,可以完全进行,认为是单向反应。煤焦异相还原N₂O的反应在所研究的温度范围（298.15~1500 K）内反应速率较快,反应活化能为43.55 kJ·mol^-1,Arrhenius表达式为1.24×10¹⁰exp（-5238.15/T）。     

CuO改性商用选择性催化还原催化剂催化氧化单质汞性能

燃煤烟气中单质汞（Hg⁰）的高效氧化是提高燃煤电厂脱汞效率的关键,为提高传统选择性催化还原（SCR）催化剂氧化Hg⁰的性能,本文采用溶液浸渍法制备了CuO-SCR催化剂,在固定床反应装置上考察了其脱硝协同氧化单质汞性能,并借助BET、XRD和XPS等分析技术对催化剂进行表征。结果表明,CuO的掺杂显著提高了商用SCR催化剂的Hg⁰氧化性能和低温脱硝活性;在200~400℃内,随着反应温度升高和NO+NH₃浓度增大,NH₃对CuO-SCR催化剂的Hg⁰氧化性能抑制作用加强;在350℃、模拟燃煤烟气条件下,随着空速比的减小,催化剂的Hg⁰氧化性能显著提高,NH₃对Hg⁰氧化的抑制作用明显减弱。催化剂表征结果表明,CuO-SCR催化剂表面存在氧化还原反应V⁴⁺+Cu²⁺?V⁵⁺+Cu⁺,增强了催化剂的催化活性。Hg⁰在CuO-SCR催化剂表面的氧化过程遵循Mars-Maessen机制,能够有效增强催化剂的Hg⁰氧化性能。     

M(0.1)Mn(15)/Hβ催化剂的低温NH3选择还原NO性能

NH₃选择性催化还原（NH₃-SCR）氮氧化物可有效减少固定源NOx的排放,目前,工业上应用的钒钛体系催化剂活性窗口温度为(300~400) ℃,不能用于低温脱硝,开发低温NH₃-SCR烟气脱硝催化剂成为研究热点之一。采用浸渍法制备M(0.1)Mn(15)/Hβ（M=Ni、Fe、Mg、Ca、Sr,0.1为M与Mn物质的量比）系列催化剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和H2-程序升温还原反应等方法对催化剂进行表征,在固定床微型反应器上考察催化剂NH3选择还原NO的催化性能。结果表明,加入金属助剂Ni,催化剂活性得到改善,反应温度降低,T85和T95分别为157 ℃和 171 ℃。     

单空缺石墨烯负载的Pd单原子催化剂上NO还原的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论（DFT）方法对单空缺石墨烯负载的Pd单原子（Pd/SVG）催化剂上H₂还原NO的反应进行了研究,探究了Pd/SVG上NO还原生成N₂和NH₃的路径。在Pd/SVG上NO容易加氢形成HNO,需要的活化能为67.0 kJ·mol^-1,显示了极高的催化活性。N₂生成的有利路径为NO活化生成HNO后,HNO继续加氢生成中间体NH₂O和NH₂OH,然后NH₂OH解离生成NH₂和OH,生成的NH₂中间体结合NO形成NH₂NO,然后NH₂NO异构化形成的NHNOH再经解离生成N₂与H₂O,这个过程中的决速步骤为NH₂NO分子内氢转移生成NHNOH,能垒为144.3 kJ·mol^-1。对于NH₃的生成,从NO的活化到中间体NH₂的形成与N₂的形成过程相同,最后NH₂加氢即可形成NH₃,这个过程中的决速步骤为NH₂O加氢生成NH₂OH,能垒为86.4 kJ·mol^-1。比较生成N₂和NH₃的决速步能垒可见,Pd/SVG催化剂上NO经H₂还原更容易形成NH₃。本研究为石墨烯负载型Pd基催化剂上H₂还原NO的实验及工业应用提供理论参考。     

铁氧化物在流化床温度和CO气氛下的形态迁移及其对NO催化还原

利用小型固定床实验台实验研究了铁氧化物在典型流化床温度和CO还原性气氛下的形态迁移及其生成物对NO的催化还原作用,采用分级还原结合X射线衍射（XRD）表征分析,确定铁氧化物与CO和NO反应后生成物的价态及各种铁氧化物对NO的还原机制。结果表明,Fe₂O₃在实验条件下可依次被CO还原为Fe₃O₄、FeO和单质铁,反应过程中随着还原度的增加,还原速率逐级下降,从Fe₂O₃还原到Fe₃O₄的速率最高,FeO还原到Fe速率最低,在实验温度范围内,床温升高有利于提高Fe₂O₃到Fe₃O₄的还原速率和还原度。不同形态的铁氧化物对NO的催化还原特性不同,Fe₂O₃及其部分还原后生成的Fe₃O₄都不能直接与NO反应,Fe₂O₃对CO催化还原NO的效果很弱,而Fe₃O₄对CO还原NO的反应却有很强的催化作用,而进一步还原生成FeO与单质铁还可直接与NO反应。     

改性桑树枝焦对模拟烟气中汞的吸附性能

采用固定床热解、蒸汽活化和改性剂(H₂O₂、ZnCl₂和NaCl)浸渍等方法制得不同的桑树枝焦。在固定床吸附实验台上,研究了蒸汽活化、改性剂、吸附温度和烟气组分等对改性桑树枝焦汞吸附性能的影响。结果表明:蒸汽活化显著提高了桑树枝热解焦的比表面积,H₂O₂改性可进一步提高桑树枝蒸汽活化焦比表面积并改善其孔隙结构参数,ZnCl₂和NaCl改性则降低了桑树枝蒸汽活化焦的比表面积、D-R微孔容积和总孔容。10%H₂O₂和30%H₂O₂浸渍改性桑树枝焦的单位汞吸附量分别是蒸汽活化焦的2.02倍和1.77倍;相同改性剂浓度下,ZnCl₂改性焦的单位汞吸附量比NaCl改性焦稍好;随着ZnCl₂浓度增大,改性桑树枝焦的汞吸附性能增强,MT600-A-ZnCl₂(5%)桑树枝焦的单位汞吸附量达到29.55 μg·g^-1,是蒸汽活化焦的3.37倍。在吸附温度为60～120℃范围内,H₂O₂改性焦的汞吸附效率及单位汞吸附量随着吸附温度的升高而下降,而ZnCl₂改性焦的单位汞吸附量则随着吸附温度提高呈现先增大后减小的趋势,最佳吸附温度为90℃。烟气中SO₂和NO组分对汞吸附性能有一定的抑制作用,随着SO₂和NO浓度的增加,汞吸附效率和单位汞吸附量均稍有下降。     

光催化联合海水NaHSO3还原脱除船舶烟气中NO的研究

为减少船舶柴油机烟气中NO的排放,将光催化技术与紫外/NaHSO₃高级还原技术联合还原脱除模拟烟气中NO。制备了Ag/TiO_2-x/泡沫陶瓷光催化剂,利用自制的光催化海水喷淋反应器考察了温度、液气比、NaHSO₃浓度、空速、NO浓度对脱硝率的影响。结果表明,随着温度的升高,脱硝率提高;液气比为3～6 L/m³时,脱硝率变化较小;随着NaHSO₃浓度的增大,脱硝率先升后降;空速和NO浓度增大都不利于脱硝。光催化联合海水NaHSO₃能还原脱除NO,NO质量浓度为1 000 mg/m³时,脱硝率可达66.6%,N₂选择性为67.54%,NH⁺₄选择性为13.16%。     

无烟煤化学链燃烧过程燃料氮转化释放特性

基于赤铁矿石载氧体,在小型单流化床反应器上,开展煤挥发分和焦炭的化学链燃烧研究,探讨挥发分氮和焦氮在化学链燃烧过程中的转化特性。研究表明:燃料氮释放的中间产物HCN和NH₃与铁矿石载氧体具有较高的化学反应亲和性,易于被载氧体氧化生成N₂和NO。淮北无烟煤挥发分氮转化过程中,NO是唯一的氮氧化物,反应器出口中间产物NH₃的释放份额略高于HCN。在煤焦化学链燃烧还原过程中,部分燃料氮释放的中间产物HCN和NH₃被铁矿石氧化导致少量NO的生成,还原过程中无N₂O的释放;较高的还原反应温度加速了NO的生成。减少进入载氧体氧化再生过程的焦炭量可减少空气反应器NO和N₂O的生成。     

Mn/ZIF-67复合催化剂低温协同催化还原NOx的研究

考察了溶剂热、浸渍-溶剂热法合成ZIF-67和Mn/ZIF-67催化剂的NH₃-SCR脱硝性能,结果发现,Mn和ZIF-67的相互作用不仅拓宽了Mn/ZIF-67催化剂的低温窗口,而且提高了其低温催化活性,该催化剂在100～200℃的脱硝效率大于98%。同时考察了煅烧时间和煅烧温度对Mn/ZIF-67催化剂脱硝活性的影响,得到最佳煅烧时间为3 h、煅烧温度为350℃。XRD、SEM、BET、NO_x-TPD、XPS、NH₃-TPD等表征结果表明,Mn/ZIF-67催化剂形成的CoMn₂O_4.5增大了催化剂的比表面积,产生的双金属协同效应增加了表面氧物种和活性酸位点,加速了NH₃、NO、NO₂反应气体的吸附,进而提高了催化剂的低温脱硝活性。     

SO2和H2O对Y掺杂Mn/TiO2选择性脱除NO的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Y掺杂的TiO₂载体,负载硝酸锰构成了Y掺杂的Mn-Y/TiO₂催化剂。考察了焙烧温度、空速对其催化还原NO性能的影响,并对催化剂的抗SO₂、H₂O毒化性能进行了考察。结果表明,催化剂的最佳焙烧温度为500 ℃,催化剂的活性随空速的降低而升高,XRD分析Y掺杂抑制了锐钛矿晶相的转移,有利于催化剂活性组分的分散,从而提高催化剂的活性。Mn-Y/TiO₂的抗毒化性能优于Mn/TiO₂,在反应温度180 ℃、空速14000 h^－1、氧含量为3%、NO浓度600 mL/L及NH₃/NO为1的条件下,同时通入200 mL/L SO₂和4% H₂O,NO转化率从非掺杂的Mn/TiO₂的48.2%上升到57.6%,Y掺杂提高了催化剂的抗毒化能力;FTIR分析表明催化剂中毒是由于生成了铵的硫酸盐或者锰、钇的硫酸盐。     

煤焦直接还原脱除烟道气氮氧化物

选用3种不同煤焦,采用程序升温和恒温实验方法,在固定床上考察了不同实验条件下的NO转化率和C对NO选择性,分析了煤焦脱硝的机理和影响因素。实验结果表明:NO和O2在煤焦表面发生化学吸附所形成的络合物在脱硝过程中起着关键作用,影响C-NO反应和C-O2反应的竞争与协作关系。在所考察的煤焦中锡林浩特褐煤焦脱硝效果最好,当温度为723 K时烟道气中NO还原率可达99%;在温度623~923 K、O2浓度0~5%范围内,提高温度和O2浓度均有利于提高NO转化率,而降低O2浓度有利于提高C对NO选择性;烟道气中NO浓度越高,其转化率越低,但C对NO选择性越高。     

赤泥催化剂的制备及其对模拟烟气中微量氨的脱除性能

以赤泥固废为原料，采用酸解-碱沉淀法制备了赤泥粉体催化剂，并提出一种将催化剂直接喷入SNCR尾气中的除氨工艺，考察了催化剂加入点温度、空速、NH₃浓度及水蒸气对氨去除能力的影响。研究发现，该催化过程具有很高的活性和N₂的选择性，450℃以上NH₃的转化率可达100%，同时在400～500℃间，N₂的选择性高于80%，达到了很好的除氨效果；在500℃，空速为3×10⁶~6×10⁶ h^-1之间时，出口NH₃浓度均为0；此工艺对于逃逸NH₃浓度的适用性较强，入口[NH₃] = 50×10^-6~1000×10^-6 mol/L范围内均可完全脱除，且具有一定的抗水能力。通过一系列表征发现，该种方法制备的赤泥催化剂不仅消除了原始固废的强碱性，还提高了其表面酸性，具有较高的比表面积、孔容和丰富的表面微观结构，使NH₃的吸附及活化反应能力大大增加；该催化剂过程遵循iSCR机理，在400～500℃温度区间主要发生NH₃-SCO反应，低于400℃主要发生NH₃-SCR反应，粉体催化剂通过NH₃-SCR和NH₃-SCO协同反应达到了去除尾气中微量氨的目的。     

载体对铁基整体式催化剂上丙烯催化还原NO的影响

以Al₂O₃、SiO₂和TiO₂为载体,采用凝胶-溶胶法和浸渍法制备铁基堇青石整体式催化剂,并对其丙烯选择性催化还原NO性能进行了研究。通过N₂物理吸附/脱附、XRD、SEM、H₂-TPR、Py-FTIR和原位DRIFTS技术对催化剂进行了表征。不同载体对催化剂的表面酸性、氧化还原性能、比表面积和表面形貌有显著影响,从而导致丙烯还原NO的催化活性明显差异。C₃H₆-SCR的催化活性按Fe/Al₂O₃/CM > Fe/SiO₂/CM > Fe/TiO₂/CM依次降低。在450℃的有氧条件下,在Fe/Al₂O₃/CM上催化C₃H₆还原NO效率可达到100%,这主要是因为较好的氧化还原性能和丰富的Lewis酸性位。基于原位的DRIFTS研究表明,Lewis酸性位的增加有助于促进形成NO₂/NO₃^-物种,从而提高了催化性能。     

模板浸渍法制备ZrO2纤维研究

将15 cm×15 cm×1 cm的粘胶纤维模板放入浓度为1、2及3 mol·L^-1的ZrOCl₂溶液，分别在20、40、60℃下浸渍20 h,经过洗涤、离心、干燥得到ZrO₂纤维前驱体，再对前驱体进行600、800、1 000、1 200℃保温2 h热处理制得ZrO₂纤维。研究浸渍温度、浸渍液浓度、热处理温度对ZrO₂纤维形貌和相组成的影响。结果表明，随着浸渍温度由20℃提高到60℃,浸渍液浓度由1 mol·L^-1提高到3 mol·L^-1,纤维横截面微观形貌由扁平状向圆柱状变化，同时纤维的平均直径逐渐增大，说明提高浸渍温度和浸渍液浓度有利于粘胶纤维模板对Zr⁴⁺的吸附。ZrO₂纤维经过热处理后，主要是以单斜相ZrO₂存在。随着热处理温度的增加，ZrO₂纤维晶粒变大，结晶程度增加，同时纤维表面经历由光滑到小晶粒出现再到裂纹出现的转变。     

Mn-Cu-Ce-Fe/REY系列催化剂上NH3选择性催化还原NO性能

采用正交实验设计和浸渍法制备Mn-Cu-Fe-Ce/REY催化剂。采用固定床微型反应器评价SO₂存在下催化剂在NH₃选择性催化还原NO反应中的活性,考察Mn、Cu、Fe和Ce各活性组分对催化剂活性的影响,并采用XRD、H₂-TPR和SEM等手段对催化剂进行表征。结果表明,Mn、Cu、Fe和Ce各活性组分对催化剂活性影响顺序为：Cu＞Fe＞Ce＞Mn,催化剂的氧化还原性能影响催化剂活性。     

烧结烟气中成分对焦炭还原NO影响的实验研究

利用烧结烟气循环流化床燃烧的深度净化技术,可低成本、高效地实现烧结烟气中污染物的超低排放。为了探究该技术中循环流化床密相区内焦炭还原NO的机理,以焦作无烟煤所制焦炭为实验对象,利用高温立式管式炉实验台模拟循环流化床密相区,在750℃～950℃温度下,研究烧结烟气中分别加入组分CO,CO₂,O₂时,焦炭还原NO的转化率随时间变化规律。结果表明：在无O₂通入的反应条件下,随着反应温度的提高,焦炭对NO的还原率逐渐增加;CO的加入提升了焦炭对NO的还原率,在反应温度为900℃时,加入体积分数为0.4%的CO可最大提升17%的NO还原率;CO₂的加入则抑制了焦炭对NO的还原率,在反应温度为950℃时,加入体积分数为10%的CO₂使得NO还原率最大降低了21%;O₂的加入明显抑制了焦炭对NO的还原效果,在反应温度为950℃,通入气体中体积分数为13%的O₂时,NO的还原率下降至31%,且明显缩短了焦炭的还原时间。研究结果可为烧结烟气循环流化床燃...