商业SCR烟气脱硝催化剂钙中毒研究

使用2种不同浓度的前驱体溶液(Ca(NO3)2和Ca(CH3COO)2溶液)浸渍新鲜商业SCR(selective catalytic reduction)烟气脱硝催化剂,并对浸渍中毒后催化剂的性能进行了研究。实验结果表明,物理中毒在本研究中占主导位置,化学中毒并不明显。采用离子色谱、氮气吸附-脱附分析、红外光谱分析、X射线衍射分析、扫面电镜分析等多种表征技术对中毒后催化剂进行了表征。结果表明,中毒后催化剂孔结构性质发生了变化,特别是Ca(CH3COO)2溶液浸渍催化剂,内部孔道堵塞较为严重。X射线衍射分析和扫描电镜分析也从另一方面说明了CaCO3的出现及积累导致催化剂脱硝效率降低。此外,催化剂红外光谱分析从表面活性位的角度说明了本研究催化剂化学中毒现象并不明显。     

氧化镁基催化剂及脱硝性能研究

为控制燃烧烟气中NOx的污染,对共混合方法制备的氧化镁基催化剂进行烟气直接催化分解法脱硝实验研究,分析模拟烟气脱硝塔内温度及床层高度及氧气浓度、NO浓度和空速对脱硝效率的影响.研究表明:氧化镁基催化剂可以采用直接催化分解法对烟气脱硝,脱硝率85%～95%,氧化镁基催化吸附剂组成为氧化镁、固化剂、添加剂;脱硝的床层高度4～5 cm,脱硝反应温度130～170℃,烟气空速2 500～3 000 h-1;研究推测出氧化镁基催化剂存在活性缺陷,并对脱硝机理进行了初步分析.     

失活商业SCR催化剂在线维护技术

商业SCR催化剂在工业运行过程中由于其复杂的工况条件存在容易中毒、失活的问题,故利用在线维护技术对其进行活性恢复具有巨大的商业发展前景。为了探究泡沫清洗技术对商业SCR失活催化剂进行在线维护方案的可行性,采用一系列表征手段对在线维护前、后的失活SCR脱硝催化剂进行了表征分析,包括SEM、EDS、XRD、BET和XPS等,并对在线维护最佳的溶液浓度参数进行了探究。研究发现:当稀硫酸浓度为0.4 mol·L~(-1),微孔渗透液质量分数为2%,活性添加剂质量分数为3%,在线维护效果最优;经过在线维护之后,催化剂团聚现象得到明显改善,碱金属中毒现象得到缓解,催化剂氧化性能和表面酸度增强,催化剂活性因而得到恢复,其最佳脱硝效率可达92%,具备良好的工业应用潜力。     

脱硝催化剂孔结构及其脱硝特性的研究

选择性催化还原脱硝技术(SCR)所采用的催化剂多数为多孔介质,其内部孔隙有助于提高催化剂的反应活性。文中采用浸渍负载法,通过改变制备温度制备出不同孔结构的催化剂样品,采用N2吸附法对其孔结构进行测定和分析,并对不同孔结构的催化剂样品进行了脱硝实验。研究表明:煅烧及干燥温度对催化剂孔结构有很大的影响,比表面积越大,其催化剂内的孔分布宽度越窄,平均孔径越小;在活性温度范围(360～390℃)内,脱硝过程中主要是属于化学反应过程控制,脱硝效果随着比表面积的增大而增强;在非活性温度范围内,脱硝过程同时受到气体扩散过程及化学反应过程控制。     

制备方法和WO3含量对V2O5-WO3/TiO2脱硝性能的影响

催化剂的性能是选择性催化还原技术中的关键部分,分别采用一步浸渍法和分步浸渍法制备了V2O5-WO3/TiO2催化剂,对其脱硝性能进行实验研究,探讨制备方法和WO3的负载量的不同对脱硝性能的影响。实验结果表明,在催化剂中添加WO3能较为有效地提高催化剂的脱硝效率;在工业应用温度范围内,一步浸渍法与分步浸渍法制取的V2O5-WO3/TiO2催化剂脱硝性能相差较小。     

600 MW机组脱硝催化剂失活机理及中试再生

针对燃用中国典型煤的2×600 MW机组电厂失活的蜂窝式催化剂,使用XRF、ICP、物理吸附仪、吡啶吸附、H_2-TPR等表征手段等对催化剂失效前后的理化性质进行表征,研究了催化剂的失效原因。结果表明,催化剂的失活是由于碱金属Na、K和碱土金属CaO等物质导致了催化剂的物理失效以及化学中毒。催化剂物理失效是由于催化剂表面碱金属颗粒的沉积造成催化剂孔道堵塞,致使活性中心被覆盖。催化剂的化学中毒是由于酸性位丧失和活性位VO_x氧化还原性质降低,进而导致NH_3的吸附过程,以及催化剂表面吸附态NH_3和NO_x物种的活化过程均受到了抑制。利用项目组开发的1 000 m~3·a~(-1)再生装置,对失效催化剂进行了中试再生,结果表明,表面和孔道内积累的中毒物质全部被去除,催化剂孔结构、酸性位数量和活性位状态均恢复至新鲜催化剂水平。实验室活性评价结果显示,再生催化剂脱硝效率相比失效催化剂在360℃提高到85%左右,与新鲜催化剂相当。再生催化剂组装为2层测试模块(每层模块含9根催化剂),历经神华四川能源公司江油电厂侧线反应器5 000 h实际烟气测试,脱硝性能良好,维持在88%左右,超过初始设计值80%,且NH_3逃逸和SO_2/SO_3转化率满足电厂工程要求。     

Pt/MgO催化剂上NOx存储-还原反应性能

采用稀燃-富燃交替运行方式,研究存储-还原型催化剂Pt/MgO的NOx存储性能以及C3H6还原NOx反应性能.氧化存储段,NOx可被有效存储;当氧化性气氛转换为还原性气氛后,出现一个NOx峰,降低了总的转化效果.NOx峰的大小与存储段和还原段时间之比、温度等因素有关;400℃时NOx峰最小,总转化率最高.5 h循环实验表明,400℃时Pt/MgO催化剂再生良好,NOx转化率稳定在96%.于反应气氛中添加100 mg/m3SO2进行了5 h抗硫性实验,Pt/MgO催化剂的抗硫中毒能力明显强于Pt/BaO/Al2O3.     

Fe掺杂Mn-Ce/AC催化剂的制备及其低温脱硝

以活性炭为载体,采用浸渍法制备了一系列Fe掺杂Mn-Ce/AC催化剂,研究了Fe的添加量、焙烧温度对催化剂低温脱硝活性的影响;采用了XRD、SEM和N2吸附-脱附技术对催化剂进行了表征。结果表明,Fe的添加能有效提高Mn-Ce/AC的低温脱硝活性,当Fe的添加量为Fe/Mn(摩尔比)为0.1时,催化剂比表面积大,活性组分的分散程度较高,催化剂低温脱硝性能最优,添加量大于0.1时,更多的Fe沉积在载体表面,催化剂活性降低。焙烧温度影响负载氧化物的价态和晶体的分散度,在400℃温度下焙烧时,催化剂低温脱硝性能最佳,此时催化剂孔隙结构较优,活性组分的分散程度也较高。     

Pt／MgO催化剂上NOx存储-还原反应性能

采用稀燃一富燃交替运行方式，研究存储一还原型催化剂PL／MgO的NOx存储性能以及C3H6还原NOx反应性能。氧化存储段，NOx可被有效存储；当氧化性气氛转换为还原性气氛后，出现一个NOx峰，降低了总的转化效果。NOx峰的大小与存储段和还原段时间之比、温度等因素有关；400℃时NOx峰最小，总转化率最高。5h循环实验表明，400℃时PL／MgO催化剂再生良好，NOx转化率稳定在96％。于反应气氛中添加100mg,／m^3SO2进行了5h抗硫性实验，Pt／MgO催化剂的抗硫中毒能力明显强于Pt／BaO／Al2O3。     

钒硅催化脱硫脱硝的研究

考察了经10% H2-90% Ar(体积分数)还原的钒硅催化剂在固定床石英玻璃反应器中的脱硫脱硝活性,研究了反应温度、SO2/NO摩尔比及O2浓度对SO2和NO脱除率的影响.结果表明,还原后的钒硅催化剂的平均NO脱除率提高了15%左右;反应温度对脱硫脱硝影响较大,当温度为400℃以上时SO2和NO脱除率基本保持稳定;SO2/NO摩尔比为2和5时,钒硅催化剂的NO脱除率较高;模拟烟气中有O2条件下的脱硫脱硝活性明显高于无O2条件,O2体积分数为6.00%时SO2和NO脱除率达到最大.     

制备方法对Mn-Ce/TiO2催化剂低温选择性催化还原活性的影响

采用溶胶凝胶法、浸渍法以及两者相结合的方法制备了Mn-Ce/TiO2催化剂.运用XRD、BET和SEM等技术对催化剂进行了表征,发现溶胶凝胶法制备的Mn-Ce/TiO2催化剂为锐钛矿结构,具有较大的比表面积,中孔结构丰富,Mn、Ce活性组分在载体表面高度分散或形成了无定形结构.实验研究了催化剂对氨选择性催化还原NO反应的催化性能,结果表明,用溶胶凝胶法制备的Mn-Ce/TiO2催化剂脱硝活性最好,当Mn、Ce负载量为20％,NH3/NO摩尔比为1.1,空速为9 436 h-1,烟气温度为240℃时,NO转化率大于90％.     

TiO2光催化氧化脱除模拟烟气中的NOx

采用P25纳米TiO2为催化剂,对NOx浓度360 mg/m3的模拟烟气进行了光催化氧化实验研究,以期为此种方法在电厂烟气脱硝方面的应用提供依据.经SEM、XRD等表征手段,探讨了催化剂晶型尺寸对光催化的作用.实验考察了光催化反应过程规律以及负载量、光照度、NO初始浓度、O2含量、相对湿度和停留时间对光催化氧化效率的影响.结果表明,光催化反应是瞬态到稳态的过程,其催化效率与上述影响因子有密切关系.实验最优条件下NOx的脱除率为46％,但只需适当提高氧化效能,便能达到理想的效果.     

燃煤烟气低温SCR脱硝中试研究

低温选择性催化还原(SCR)脱硝是国内外脱硝技术研发的热点,但目前主要集中在实验室小试范围,无法完全反映催化剂在实际烟气中的运行状况。在30 t/h循环流化床燃煤锅炉脱硫除尘装置后建设了2 000~5 000 m3/h的SCR脱硝中试装置,经系统研究发现,中试使用的蜂窝式催化剂对SO2和NO具有很强的吸附能力,且反应温度、喷氨速率和气体空速均会影响催化脱硝效率。为期5 d的连续运行实验结果表明,催化剂的脱硝效率一直稳定在30%~50%,并未发现明显的失活,这证明设计除雾除尘器、较大的混合器、混合器与反应器间较长的管路均有利于缓解催化剂因SO2、H2O和飞灰中的碱性金属导致的失活。     

SCR脱硝超低排放工程改造流场优化

采用CFD数值模拟方法对某电厂400 MW机组烟气脱硝装置流场进行了诊断,分析了导致效率低、烟道积灰以及空预器磨损等问题的具体原因,之后对此脱硝装置流场进行优化。优化结果表明:在省煤器出口水平扩张段烟道增设导流板,消除了该区域的大范围涡流,有利于减轻烟道积灰,并使喷氨区域烟气速度分布均匀;将喷氨混合装置改成喷氨格栅+圆盘混合器型式,强化了氨氮混合,使首层催化剂入口氨浓度分布均匀性得到显著改善,有利于提高脱硝效率、降低氨逃逸率;在空预器上游烟道增设导流装置,提高了空预器烟气速度分布均匀性,有利于解决空预器磨损问题。通过流场优化后,提高了此脱硝装置脱硝效率,减轻和消除了烟道积灰及空预器磨损。     

基于亚硫酰基催化剂的烟气脱硫脱硝

利用核心成分为亚硫酰基的官能团进行了燃煤电站脱硫脱硝一体化研究。利用臭氧将烟气中的NO氧化为NO2,易溶于水的NO2及SO2则与水、氧气、氨水反应,最终生成硫酸铵及硝酸铵可作为复合肥的原材料。使用催化剂能够降低臭氧的消耗量。避免诸如亚硫酸盐等副产物的生成。通过在集装箱内搭建小型实验装置可直接抽取实际烟气,烟气处理量达到100 m3·h~(-1)。针对烟气温度、催化剂浓度、催化剂类型、O3/NOx比例等参数对污染物脱除效率的影响进行了研究。结果表明,上述参数变化对脱硫效率影响有限,脱硫效率始终能够稳定在99%以上。烟气温度越低,脱硝效率越高;脱硝效率最高能够达到88%。此外,为了降低运行成本,采用双氧水替代臭氧进行烟气氧化,其脱硝效率能够达到68%。     

Ce-HPW-TiO2催化剂利用C3H6选择性催化还原NO反应的机理

为提高C_3H_6-SCR脱硝催化剂的低温脱硝性能,采用浸渍法合成了几种由铈和Keggin型磷钨酸改性的TiO_2催化剂。在模拟烟气的实验条件下,考察了不同催化剂在150～350℃的脱硝活性,通过XRD、FT-IR和SEM对催化剂的理化性质进行了分析,并且通过原位FT-IR探究并对比了不同催化剂在吸附NO和C_3H_6时产生的吸附物种。结果表明:铈和磷钨酸的共掺杂大大提高了TiO_2催化剂在中低温区的脱硝效率;Ce和H_3PW_(12)O_(40)(HPW)成功负载于TiO_2上,负载的HPW也保留了其Keggin结构,而且负载后的催化剂表面更加光滑,形态更加规则,分散性更好;原位FT-IR结果显示:Ce和HPW的掺杂可以促进催化剂表面硝酸盐物质和丙烯吸附物种的形成;同时发现无论是在预吸附NO还是在预吸附C_3H_6的情况下,Ce-HPW-TiO_2(CM)催化剂表面发生的反应活性最高。由此提出了Ce-HPW-TiO_2(CM)催化剂的反应机理,发现其反应中间体主要为无机硝酸盐、甲酸盐、乙酸盐和有机氮化合物。     

电解锰渣替代商用选择性催化还原脱硝催化剂中部分TiO_2载体的实验研究

选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂中的TiO_2载体价格昂贵,导致脱硝成本居高不下。由电解锰产生大量的废弃物电解锰渣,会污染地下水和土壤,为综合利用锰渣,提高资源利用率,探索利用锰渣替代商用钒基SCR催化剂中的部分TiO_2载体,研究锰渣替代后的脱硝催化剂的脱硝性能和机理。通过工艺优化,在不改变脱硝反应历程的前提下,锰渣可以替代高达20.0%(质量分数)的TiO_2载体,并使催化剂最佳脱硝效率保持接近90%,同时保持优异的抗SO_2中毒性能。从而有效地证明了利用锰渣部分替代TiO_2的可行性,为实现废物利用,减少环境污染,降低SCR脱硝成本提供了可能性。     

蛋壳、贝壳实现层烧炉脱硫脱硝

在4.2MW链条锅炉使用蛋壳、贝壳粉平铺在煤层上部进行炉内脱硫脱硝后,通过风机的负压携带将燃烧形成的CaO随烟气带入湿法除尘设备,完成与NaOH的双碱法脱硫脱硝。结果表明,脱硫效率80%,脱硝效率50%。烟气排放指标优于国标。风机携带的CaO对水冷壁形成清扫作用,运行130d节约煤炭20%。     

脉冲放电协同Ag改性CeO_x/γ-Al_2O_3催化剂对富氧条件下NO_x的脱除

随着机动车尾气中氮氧化物排放量的逐年增加,其对环境还有人体的危害也越来越大,为控制氮氧化物的排放,采用多针-板脉冲放电协同负载Ni、Co、Mn、Ce等金属氧物的复合型γ-Al_2O_3催化剂技术研究其在富氧条件下的脱硝效率,以及NO转化率,并使用Ag对γ-Al_2O_3催化剂进行相关改性制备出金属氧化物复合型催化剂,进而研究其脱硝率。结果表明:CeO_x/γ-Al_2O_3催化剂的催化效果好于其他金属氧化物催化剂,其中脉冲放电协同CeO_x/γ-Al_2O_3催化剂脱硝率为40.75%;不同负载量的Ce对催化剂活性影响也不同,协同负载量为1%的CeO_x/γ-Al_2O_3催化剂最佳脱硝效率为48.89%,NO转化率达到67.33%;在Ag改性且Ag负载量为1%后,CeO_x/γ-Al_2O_3催化剂其协同脉冲放电脱硝效率达到51.67%,对其BET表征后发现比表面积增加了3 m~2·g~(-1),同时催化剂上NO_x的还原活化位点增多。实验结果表明Ag改性CeO_x/γ-Al_2O_3催化剂协同脉冲放电在富氧条件下可以有效提高NO_x去除率,为下一步开发更高性能的催化剂提供了研究依据。     

聚丙烯腈基活性碳纤维用于烟气脱硫脱硝

应用聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF)对模拟的工业烟气中的SO2和NO在烟气露点温度以上进行吸附脱除实验。通过改变固定床ACF装载量、反应温度、水蒸气体积分数和O2体积分数,研究了ACF脱硫效率和脱硝效率的变化规律,还研究了同时脱硫脱硝时入口SO2或NO浓度对脱除效率的影响。结果表明:PAN-ACF具有良好的脱硫性能和一定的脱硝能力,其脱硫效率和脱硝效率随着ACF装载量和O2体积分数的增大而升高,随着温度的升高而降低,随着水蒸气体积分数的增大先升高后降低;在同时脱硫脱硝时,SO2对ACF的脱硝反应有明显的抑制作用,而NO对ACF的脱硫反应影响不大。