成型半焦催化剂脱除烟气中SO2和NO的研究

论文摘要

中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,是世界上仅有的几个以煤为主要能源的国家之一。煤的大量直接燃烧导致SO2和NO的大量排放,导致我国酸雨现象严重,造成严重的经济损失妨碍着我国经济的可持续性发展。因此,削减SO2和NOx的排放量,控制大气污染、保护大气环境质量,是目前及未来相当长时间内我国环境保护的重要课题之一。研究开发一种具有中国特色的烟气脱硫脱硝技术对我国经济持续发展有重要意义。半焦成型后可以有效降低催化剂的床层压力降和反应器的操作成本。本论文选用内蒙古扎赉诺尔半焦,进行成型研究。半焦经过破碎筛分、硝酸氧化、水洗、干燥后得到活化半焦,活化半焦与催化助剂按合适的比例混合均匀,加入适当的粘结剂,挤出成型;成型半焦再进行增湿加氧高温煅烧得到成型半焦催化剂。本论文得出的最好成型配方为:硝酸活化半焦80%左右,粘结剂煤焦油15%左右,1%淀粉,1.5～2%高岭土,1%聚乙二醇,1%五氧化二钒,0～0.5%石墨。表面酸碱性的测试结果表明:原料半焦表面呈碱性;硝酸氧化改性后表面碱性官能团含量大幅度下降,酸性官能团含量显著增加,半焦表面呈酸性;高温煅烧可以使半焦表面官能团发生重排,酸性官能团分解成碱性官能团,酸性官能团含量明显减少,碱性官能团的含量显著增加;在煅烧时通入水蒸汽和少量氧气效果更好,净碱量比原半焦提高了10倍以上;负载V2O5活性组分的改性半焦酸、碱量均增加,但净碱量比较小。对不同催化剂进行脱硫活性评价结果为:表面呈碱性、净碱量大的吸附催化剂脱硫效果好,负载V2O5的催化剂表面净碱量变小,但脱硫活性却更高,硫容高达8.53%,推测表面碱性不是决定催化剂活性的唯一原因;催化剂的制备采用先将半焦粉末成型再进行高温水蒸汽活化的制备工艺,其硫容与先将半焦高温煅烧水蒸汽活化再进行成型的制备工艺相比提高了一倍;H2O蒸气和O2存在下高温煅烧可以显著提高催化剂脱硫活性,硫容比仅氮气保护煅烧时增加了25%;以煤焦油作为粘结剂制得的催化剂机械强度高,脱硫性能好;粒径为φ3mm的成型半焦催化剂在减少内扩散影响的同时具有良好的脱硫性能。采用固定床反应器考察了反应温度、空速、烟气中O2浓度和H2O含量等工艺条件对催化剂脱硫性能的影响。结果表明:反应温度和空速对活性半焦脱硫性能影响较大,催化剂最佳脱硫温范围为60℃～80℃,最佳的操作空速为600h-1;烟气中通入氧气能显著提高成型半焦吸附催化剂的脱硫性能,氧气含量以5%为宜,氧气过量不仅不会继续提高催化剂的脱硫活性,还会引起O2与SO2的竞争吸附;烟气中适量H2O是脱硫反应必不可少的条件,本论文用催化剂脱硫的适宜水汽含量为8%。论文还考察了成型半焦催化剂在脱除烟气中NO时的活性。研究结果表明:H2O蒸气和O2存在下,高温煅烧、半焦负载V2O5不仅对提高催化剂脱硫活性有影响,而且还能有效提高催化剂脱除烟气中NO的性能;温度对成型半焦吸附催化剂的脱硝性能影响较大,随着温度升高催化剂的脱NO活性降低,40℃～60℃是催化剂脱NO的最佳温度范围;操作空速应选择800h-1～1000h-1;烟气中加入O2能提高催化剂脱除NO的性能,氧含量为10%～14%时效果最好;水蒸汽对成型半焦吸附催化剂脱除NO有毒化作用,因此在脱NO操作时应避免水汽的存在。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 我国大气污染现状
• 2与NO_X的性质和危害'>1.2 SO₂与NO_X的性质和危害
• 2的性质和危害'>1.2.1 SO₂的性质和危害
• X的性质和危害'>1.2.2 NO_X的性质和危害
• 1.3 烟气污染治理技术现状
• 1.3.1 烟气脱硫技术
• 1.3.1.1 湿法烟气脱硫技术
• 1.3.1.2 半干法烟气脱硫技术
• 1.3.1.3 干法烟气脱硫技术
• 1.3.1.4 烟气脱硫技术的特点
• 1.3.2 烟气脱硝技术
• 1.3.2.1 燃前脱硝技术
• 1.3.2.2 烟气（燃后）脱硝技术
• 1.3.2.3 选择性催化氧化法（SCO）
• 1.4 焦粉成型技术
• 1.5 选题依据、研究目的和研究任务设计
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究目的
• 1.5.3 研究任务设计
• 2 成型半焦催化剂的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 制备催化剂的原料
• 2.2.3 成型半焦吸附催化剂的制备方法
• 2.2.3.1 原料的选择
• 2.2.3.2 半焦的预处理方法
• 2.2.3.3 成型吸附催化剂的制备工艺
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 催化剂助剂的选择
• 2.3.2 粒度和粘结剂用量的选择
• 2.3.3 成型方法
• 2.3.4 成型后半焦吸附催化剂的增湿加氧高温煅烧工艺优化
• 2.3.5 活性组分的选择和负载
• 2.4 本章小结
• 3 物性参数测定
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验主要原料和试剂
• 3.2.3 代号说明
• 3.2.4 实验方法
• 3.2.4.1 水分测定方法
• 3.2.4.2 灰分测定方法
• 3.2.4.3 挥发分测定方法
• 3.2.4.4 固定炭计算
• 3.2.4.5 指示剂的配制
• 3.2.5 分析测试
• 3.2.5.1 酸性基团含量的测定
• 3.2.5.2 碱性基团含量的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 工业分析结果
• 3.3.2 表面官能团分析结果
• 3.4 本章小结
• 4 成型半焦吸附催化剂的脱硫活性评价
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验主要仪器
• 4.2.2 主要试剂药品
• 4.2.3 实验装置流程
• 2气体的配制'>4.2.4 SO₂气体的配制
• 2浓度测定'>4.2.5 SO₂浓度测定
• 4.2.6 脱硫活性指标
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 表面酸碱量对脱硫活性影响
• 4.3.2 不同制备方案对吸附催化剂脱硫性能的影响
• 4.3.3 不同粘结剂对脱硫活性的影响
• 4.3.4 造空剂对催化剂脱硫性能的影响
• 4.3.5 催化剂尺寸对脱硫性能的影响
• 2O蒸气和O₂存在下高温煅烧对吸附催化剂脱硫活性的影响'>4.3.6 H₂O蒸气和O₂存在下高温煅烧对吸附催化剂脱硫活性的影响
• 2O₅对吸附催化剂脱硫活性的影响'>4.3.7 V₂O₅对吸附催化剂脱硫活性的影响
• 4.3.8 脱硫工艺条件对吸附催化剂脱硫活性的影响
• 4.3.8.1 脱硫温度对脱硫活性的影响
• 4.3.8.2 空速对脱硫活性的影响
• 2含量对脱硫活性的影响'>4.3.8.3 烟气中O₂含量对脱硫活性的影响
• 2O量对脱硫活性的影响'>4.3.8.4 烟气中H₂O量对脱硫活性的影响
• 4.4 本章小结
• 5 成型半焦吸附催化剂脱除 NO 的活性评价
• 5.1 前言
• 5.2 实验方法及原理
• 5.2.1 实验方法及原理
• 5.2.2 实验仪器及流程
• 5.2.3 实验用NO 气体的配制及NO 浓度测定
• 5.2.4 活性评价方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 煅烧时增湿加氧对吸附催化剂脱NO 性能的影响
• 2O₅活性组分对吸附催化剂脱NO性能的影响'>5.3.2 载V₂O₅活性组分对吸附催化剂脱NO性能的影响
• 5.3.3 工艺条件对吸附催化剂脱NO 性能的影响
• 5.3.3.1 温度对吸附催化剂脱NO 性能的影响
• 5.3.3.2 空速对吸附催化剂脱NO 性能的影响
• 5.3.3.3 氧含量对吸附催化剂脱NO 性能的影响
• 5.3.3.4 水含量对吸附催化剂脱NO 性能的影响
• 5.4 本章小节
• 6 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 个人简历
• 研究生期间论文发表情况
• 致谢