基于铜基催化剂的CH4-SCR和CO-SCR脱硝技术实验研究

摘要

氮氧化物是重要的大气污染物，不仅会造成光化学烟雾、温室效应等对自然环境造成污染，还会严重危害人类身体健康。因此，控制NOx的排放非常重要。催化还原法是当前技术比较成熟且应用最普遍的NOx排放控制方法，其中以氨为还原剂的SCR技术已经工业化应用与固定源NOx的排放控制中。但是NH3-SCR技术仍存在技术缺陷:氨的存储、运输困难;氨容易造成二次污染;催化剂中毒失活导致无法有效脱除NOx;仅适用于固定源NOx的脱除等。CH4、CO是优良的还原剂，并且CH4来源丰富、性质稳定，CO存在于大多数燃烧过程的烟气中且浓度远高于NO。以CU4、CO为还原剂SCR技术可以解决NH3-SCR技术的缺陷。因此若能开发出以CH4、CO为还原剂SCR技术低廉高效的脱硝催化剂，将具有广阔的应用前景和巨大的经济价值。
　　本文对铜基催化剂CH4-SCR脱硝性能进行研究，研究了活性组分铜含量、助剂成分及其含量对催化剂脱硝性能的影响，进而筛选出最优的铜基催化剂。并考察了最优催化剂的抗氧中毒能力以及水热稳定性，研究了不同烟气工况下催化剂的NO脱除性能。并对催化剂进行了详细的表征。结果表明:活性组分铜最优含量为5％;最佳助剂为Co，最优含量为5％。最优催化剂5Cu-5Co/γ-Al2O3在500℃下表现出良好的水热稳定性以及适应空速变化的能力，且催化剂处于氧氛围下有利于催化脱硝反应的进行。
　　对铜基催化剂CO-SCR的脱硝性能进行了研究，研究了活性组分铜含量、助剂成分及其含量对催化剂脱硝性能的影响，进而筛选出最优的铜基催化剂。并考察了CO气体预处理对铜基催化剂脱硝性能的影响。并对最优催化剂进行了全面的性能评价以及详细的物性表征。结果表明:铜负载量为5％时催化剂脱硝活性最高，最佳助剂Fe最优负载量为3％。预处理能够促进催化剂中的活性物种铜单电子还原行为的发生，获得更多的Cu+活性物种，有利于反应物的吸附解离。最优催化剂5Cu-3Fe/γ-Al2O3表现出良好的烟气工况适应能力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 氮氧化物的危害及来源

1．2 NOx减排政策和技术

1．2．1 国家政策

1．3 催化还原NOx技术

1．3．3 CO-SCR技术

1．4 CH4-SCR技术研究进展

1．4．1 金属氧化物催化剂

1．4．2 分子筛催化剂

1．4．4 CH4-SCR催化剂典型专利分析

1．5 CO-SCR研究进展

1．5．1 复合金属氧化物催化剂

1．5．2 金属氧化物催化剂

1．5．4 CO-SCR催化剂典型专利分析

1．6 本文研究内容

第2章 铜基催化剂CH4-SCR催化性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 催化剂的制备

2．2．2 催化剂的活性评价

2．2．3 催化剂的物性表征

2．2 铜负载量对脱硝性能的影响

2．3 助剂的筛选

2．4 助剂含量的筛选

2．5 催化剂的微观表征

2．5．1 XRD分析

2．5．2 BET分析

2．6．1 入口NO浓度的影响

2．6．2 入口氧浓度的影响

2．6．3 入口H2O浓度的影响

2．6．4 空速的影响

2．7 本章小结

第3章 铜基催化剂CO-SCR催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 催化剂的制备

3．2．2 催化剂的活性评价

3．2．3 催化剂的物性表征

3．2 铜含量对催化剂脱硝性能的影响

3．3 助剂成分对催化剂脱硝性能的影响

3．4 助剂负载量对催化剂脱硝性能的影响

3．5 CO预处理对催化剂脱硝性能的影响

3．6 催化剂的微观表征

3．6．1 XRD表征分析

3．6．1 BET表征分析

3．6．2 XPS和AES表征分析

3．7 CO-SCR脱硝催化剂的全面性能评价

3．7．1 初始NO浓度对催化剂脱硝性能的影响

3．7．2 水浓度对催化剂脱硝性能的影响

3．7．3 空速对催化剂脱硝性能的影响

3．8 本章小结

第4章 结论与展望

4．1 全文总结

4．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢