Mn-Ce/Al2O3低温SCR脱硝催化剂抗SO2中毒性能研究

摘要

选择性催化还原(SCR)脱硝技术可以有效脱除燃煤烟气中的氮氧化物。为了利用烟气温度，商用SCR反应器布置在除尘和脱硫装置之前，催化剂存在粉尘侵蚀、SO2毒化等问题。低温SCR反应器布置在除尘和脱硫之后，有望解决这些问题，引起研究者关注。但是，经过脱硫装置之后，烟气中仍含有少量的SO2，低温条件下，SO2对催化剂的毒化作用非常明显，因此开发具有低温高抗硫性的催化剂十分必要。本文以Mn-Ce/Al2O3催化剂为研究对象，对其抗硫性和中毒机理进行了研究。
　　一、研究了Ce、Co、Zr改性对Mn/Al2O3催化剂脱硝性能的影响，结果表明掺杂Ce改性的催化剂具有最好的脱硝性能，在120-240℃，脱硝活性为100％，通入H2O和SO2后，脱硝活性维持在72％以上，切断H2O和SO2后，脱硝活性完全恢复。BET和XRD分析表明Ce的加入可以提高催化剂的比表面积，促进活性成分的分散，使催化剂表面可利用的活性位点增多，同时增大了催化剂的平均孔径，减少传质阻力，从而提高脱硝活性。
　　二、研究了不同Ce掺杂量改性对Mn/Al2O3催化剂脱硝性能的影响，结果表明Ce与载体摩尔比为0.12时，催化剂脱硝性能最好，在100℃时NO去除率达到100％。通入H2O和SO26h内，NO的去除率一直维持在75％以上，切断SO2后，催化剂活性恢复到100％。热重分析表明，掺杂Ce改性后可以降低催化剂表面生成的硫铵盐的量，从而降低SO2中毒程度。基于密度泛函理论的量子化学计算结果显示，SO2更容易在CeO2表面吸附，从而保护与之相邻的活性成分MnO2。
　　三、研究了温度、SO2浓度、空速等工况对Mn-Ce(0.12)/Al2O3催化剂抗H2O和SO2性能的影响，结果表明在反应温度140-180℃，空速45000-60000 h-1，SO2浓度100-200ppm等不同工况下，催化剂均具有较高的抗H2O和SO2性能，且随着反应温度提高、反应空速降低、SO2浓度降低，其抗H2O和SO2性能有一定提高。间歇通H2O和SO2后催化剂的活性较之单次通入有明显下降。
　　综上，与Co、Zr相比，Ce改性催化剂Mn-Ce(0.12)/Al2O3具有更好的脱硝性能。表征结果和量子化学计算结果表明添加Ce提高催化剂比表面积，改善孔径分布，吸附SO2保护活性成分MnOx是其具有好的脱硝性能的原因。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 燃煤电厂NOx的控制技术

1．3 选择性催化还原(SCR)技术综述

1．3．1 SCR技术简介

1．3．2 商业SCR催化剂存在的问题

1．4 低温选择性催化还原(SCR)技术综述

1．4．1 低温SCR催化剂研究现状

1．4．2 低温SCR催化剂存在的问题

1．4．3 H2O和SO2对SCR反应的影响机制

1．4．4 催化剂制备方法对催化剂抗硫性的影响

1．4．5 催化剂载体对催化剂抗硫性的研究

1．4．6 金属元素改性对催化剂抗硫性的影响

1．4．7 量子化学计算在催化剂抗硫性研究中的应用

1．5 课题研究内容及目标

2 实验方法、材料与设备

2．1 低温SCR脱硝系统

2．2 气体检测方法

2．3 实验材料与设备

2．3．1 实验材料

2．3．2 实验设备

2．4 催化剂的分析与表征

2．4．1 比表面积和孔径分布

2．4．2 X射线粉末衍射光谱

2．4．3 热重分析

3 Ce、Co、Zr改性对催化剂性能的影响研究

3．1 催化剂的制备

3．2 Ce、Co、Zr改性对催化剂脱硝活性的影响

3．2．1 Ce、Co、Zr改性前后催化剂的脱硝活性

3．2．2 Ce、Co、Zr改性对催化剂结构性质的影响

3．3 Ce、Co、Zr改性对催化剂抗硫性的影响

3．4 本章小结

4 不同Ce掺杂量对催化剂性能的影响研究

4．1 催化剂的制备

4．2 不同Ce掺杂量对催化剂脱硝活性的影响

4．2．1 不同Ce掺杂量改性前后催化剂的脱硝活性

4．2．2 不同Ce掺杂量改性前后催化剂的结构性质

4．3 不同Ce掺杂量改性对催化剂抗硫性影响

4．3．1 不同Ce掺杂量改性前后H2O和SO2对催化剂脱硝性能的影响

4．3．2 不同Ce掺杂量改性对催化剂抗硫性影响原因分析

4．3．3 Ce改性提高催化剂抗硫性的原因分析

4．4 本章小结

5 不同工况对Mn-Ce(0．12)／Al2O3催化剂抗硫性的影响

5．1 反应温度对Mn-Ce(0．12)／Al2O3催化剂抗硫性的影响

5．2 SO2浓度对Mn-Ce(0．12)／Al2O3催化剂抗硫性的影响

5．3 空速对Mn-Ce(0．12)／Al2O3催化剂抗硫性的影响

5．4 间歇通SO2对Mn-Ce(0．12)／Al2O3催化剂抗硫性的影响

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢