镁砂基催化吸附剂脱硫脱氮研究

摘要

本研究用辽宁大石桥的廉价镁砂为原料研制出了的具有吸附和催化功能的氧化镁基催化-吸附剂，并利用氧化镁基催化-吸附剂进行了脱硫脱氮的实验研究。
　　首先详细阐述了现有烟气脱硫脱氮技术现状及其发展趋势，对已有的几种氧化物脱硫脱氮技术进行了分析比较，论述了氧化镁在干法脱硫方面的可行性及应用前景。
　　对镁砂基催化吸附剂的原料配比、工艺条件及其吸附催化性能的进行了系统的实验研究，并采用焙烧的方法对催化吸附剂进行了活化研究，在实验的基础上确定了镁砂催化吸附剂制备的原料配比为镁砂∶硅酸钠∶氯化钙=75∶15∶10;在工艺条件为:焙烧温度控制在550℃，焙烧时间为2h时，活化效果最好，比表面增加到21.3982 m2/g，但硫容相对较低约为6.96 mg/g。因为硫容是衡量脱硫脱氮性能的重要指标，所以实验采用添加助剂Na2CO3的方法提高吸附剂的性能，实验结果表明，添加助剂后吸附剂硫容明显提高，达到16.92 mg/g。
　　在自行设计安装的一套脱硫脱氮一体化试验装置中，对吸附法脱除燃煤烟气中的二氧化硫、氮氧化物过程及影响因素进行了系统的实验研究，考查了氧量、水蒸气量、烟气温度等因素对脱硫、脱氮效率的影响。提出以上各主要参数的合理取值范围，即对于烟气脱硫当，O2/SO2=6～8，烟气温度为120～150℃，H2O/O2=2～4，二氧化硫浓度为1500～3000mg/m3，床层高度为5～7 cm时，镁砂吸附剂的脱硫率达到92％以上;对于烟气脱氮，NO含量500ppm～2000 ppm，氧气对NOx去除率没有影响，当脱氮床层高度4～5 cm，脱氮反应温度130～170℃，烟气空速2500 h-1～3000 h-1，烟气中水蒸气含量NO/H2O为10～20时，催化剂吸附脱氮效率达到85％～95％，且脱氮效果稳定，脱氮范围宽。
　　再生实验中采用了碱洗加热再生并用水蒸气吹脱的方法，碱洗采用饱和Na2CO3溶液浸泡，实验中研究了碱洗时间、焙烧温度及时间对再生后的吸附剂脱硫性能的影响，得出在碱洗60 min，焙烧温度为550℃，焙烧时间为40 min时，再生效果较好，再生一次后吸附剂硫容仅降低9.43％。
　　分析脱硫吸附机理，在脱硫过程中，不仅发生了物理吸附，而且还有化学吸附的发生，研究了二氧化硫与MgO接触时发生的一系列反应及步骤。对催化剂催化分解反应机理进行研究，证明氧化镁表面上的氧缺陷，是导致催化剂具有活性的原因，而镁缺陷，使其不具有催化活性。因此研制出氧缺陷的催化剂是关键。脱氮再生后保持稳定。实验借助傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对镁砂基催化-吸附剂进行研究，表明脱氮及再生前后氧化镁基催化-吸附剂催化性质并未发生变化，保持良好的稳定性，同时说明NO可能转化为N2与O2。实验结果表明，氧化镁基催化-吸附剂，不仅具有较高的脱硫脱氮性能，而且能够再生重复利用，绿色环保，具有良好的开发前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 烟气脱硫脱氮意义

1．2 课题背景

第2章 SO2、NOx治理与研究概况

2．1 烟气脱硫方法概述

2．1．1 湿法脱硫

2．1．2 干法脱硫

2．2 金属氧化物对SO2的干法吸附

2．2．1 氧化铜脱硫

2．2．2 铁系氧化物脱硫

2．2．3 钙系脱硫剂

2．2．4 其他干法脱硫剂

2．3 NOx治理方法概述

2．3．1 氮氧化物的治理现状

2．3．2 催化还原法

2．3．3 催化分解法

2．3．4 吸附法

2．3．5 湿法烟气脱硝

2．4 脱硫脱硝一体化技术和应用

2．4．1 联合脱硫脱硝技术和应用

2．4．2 同时脱硫脱硝技术和应用

2．5 镁砂资源及性质

2．5．1 镁砂资源

2．5．2 MgO脱硫可行性

2．5．3 MgO晶体缺陷对脱氮影响

2．5．4 氧化镁脱硫的现状

2．6 小结

第3章 实验方法

3．1 实验原料和试剂

3．2 实验仪器

3．3 实验装置及流程

3．3．1 脱氮实验装置

3．3．2 活化、再生实验装置

3．4 实验测试方法

3．4．1 镁砂基催化吸附剂性能分析测试方法

3．4．2 脱硫效率测试方法

3．4．3 催化剂脱氮性能分析测试方法

3．4．4 相关参数的测定

3．5 小结

第4章 镁砂基催化吸附剂制备

4．1 原料选择

4．2 镁砂基催化吸附剂制备工艺设计

4．3 镁砂基催化吸附剂制备方法

4．3．1 镁砂基催化吸附剂的制备

4．3．2 优化配比实验

4．3．3 浸渍催化吸附剂的制备方法

4．3．4 原料配比分析

4．4 催化吸附剂的活化实验

4．4．1 焙烧温度对催化吸附剂性能的影响

4．4．2 焙烧时间对催化吸附剂性能影响

4．5 助催化剂的筛选

4．5．1 助催化剂的选择

4．5．2 浸渍条件对硫容的影响

4．6 小结

第5章 催化剂脱硫脱氮性能分析

5．1 脱硫影响因素分析

5．1．1 有氧条件下的脱硫实验

5．1．2 无氧条件下的脱硫实验

5．1．3 氧气含量对脱硫效率的影响

5．1．4 烟气温度对脱硫率的影响

5．1．5 水蒸气对脱硫率的影响

5．1．6 二氧化硫浓度对脱硫效率的影响

5．1．7 床层高度对脱硫效率的影响

5．1．8 脱硫前后的扫描电镜(SEM)分析

5．2 脱氮过程影响因素分析

5．2．1 稳定性实验(反应时间的影响)

5．2．2 脱氮吸附塔床温度和床层高度对脱氮效率的影响

5．2．3 氧气浓度的影响

5．2．4 水蒸气浓度的影响

5．2．5 NO浓度对脱氮效率的影响

5．2．6 空速(接触时间)对脱氮效率的影响

5．2．7 脱氮前后的扫描电镜(SEM)分析

5．3 小结

第6章 催化吸附剂再生研究

6．1 催化吸附剂的失活与再生条件的选择

6．1．1 催化吸附剂失活对反应性能的影响

6．1．2 再生方式的选择

6．2 再生条件研究

6．2．1 实验方法

6．2．2 碱洗实验研究

6．2．3 再生温度的实验研究

6．2．4 再生时间的实验研究

6．2．5 再生次数的实验研究

6．2．6 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析

6．3 再生理论的讨论

6．3．1 再生过程

6．3．2 再生产生的滞后现象

6．4 小结

第7章 催化吸附剂脱硫脱氮机理研究

7．1 MgO载体的化学性质分析

7．2 吸附理论

7．2．1 化学吸附与物理吸附

7．2．2 化学吸附

7．3 扩散对多相反应的影响

7．3．1 多相反应的外扩散区

7．3．2 多相反应的内扩散区

7．3．3 脱硫反应的内外扩散区

7．3．4 催化吸附剂脱硫机理分析

7．4 脱氮实验机理研究

7．4．1 MgO载体对NO的吸附催化量子化学分析

7．4．2 烟气脱氮机理分析

7．5 小结

第8章 结论及建议

8．2 结论

8．2 展望

参考文献

致谢

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