燃煤锅炉配置烟气脱硫装置仍是目前降低SO2排放最有效的途径之一。现阶段各成熟的方法(干式或湿式的石灰石/石膏法、喷雾干燥法、吸收剂喷射法等)均存在不同程度的缺陷从而影响到在我国的推广应用。开发能同时控制SO2与Nox污染的方法具有极大的应用前景。尽管国外对CuO/γ-Al2O3脱硫脱硝研究工作已经较为成熟，但距其商业化应用仍有一段距离；而国内对这项技术的研究起步较晚，目前还处于开始阶段。因此，对CuO在脱硫脱硝过程中所发生的脱硫、脱硝、再生等一系列过程开展研究，定量、准确地描述这些过程，解决该项技术在实际运行中存在的问题，使之能应用于生产实践，是国内发展具有自主知识产权的脱硫脱硝一体化技术的迫切需求。 本文首先对现有的烟气脱硫方法进行了概述，回顾了负载氧化铜烟气脱硫脱硝技术发展史，对目前国内外的研究现状进行了总结，提出了自主研究的思路和改善方案。并以此为基础，开展了相应的研究工作。 CuO/γ-Al2O3的样品制备和脱硫反应，是整个研究工作的基础。本文选用多孔、高比表面积的γ-Al2O3作为脱硫剂载体，通过等体积浸渍方法制备了不同组分的CuO/γ-Al2O3吸收/催化剂，在自建的固定床流动反应器上进行模拟烟气脱硫试验，定量研究了不同组分样品的脱硫活性，分析了载铜量、SO2/O2浓度、空间速度、反应温度等对脱硫活性的影响。根据试验数据进行了脱硫反应的本征动力学分析，得到相关的动力学参数。试验结果充分肯定了CuO/γ-Al2O3作为高效烟气脱硫剂具有的实际应用价值，所得数据对进一步的流程开发和反应器设计有指导意义。 要降低CuO/γ-Al2O3干法烟气脱硫脱硝的成本，促进该工艺未来的商业化应用，样品的再生性能至关重要。本文采用还原气体甲烷进行了吸收/催化剂的再生试验，确定出合适的再生条件，考察了再生循环对吸收/催化剂损耗的影响，并采用热重分析方法研究了不同样品的再生过程。研究了吸收/催化剂的失活原因及其对脱硫性能的影响，指出烧结和生成化合物是造成CuO/γ-Al2O3失活的主要原因。 金属氧化物本身的成本问题和脱硫反应对温度的较高要求是阻碍负载氧化铜烟气脱硫脱硝工艺商品化的重要因素。因此考虑通过在脱硫剂中添加一定的助催化剂来改善上述问题是一个大胆的提议和创新的思路。通过助催化剂的添加，可以改善脱硫性能、降低反应温度，有利于流程的推广和广泛应用。本文选用了多种不同类别的助催化剂，对CuO/γ-Al2O3吸收/催化剂进行改性，考察助催化剂的添加对于脱硫剂模拟烟气试验结果的影响，分析助催化剂发挥效用的形式。结果显示部分助催化剂具有明显增强脱硫活性和降低脱硫反应温度的效果。 本文还利用多种化学和物理的方法包括样品含铜量测定、比表面和孔结构测定、X射线衍射物相分析、电子探针显微分析、X光电子能谱分析等对吸收/催化剂性能进行考察，对不同类别、不同反应阶段的脱硫剂进行了系统的研究，讨论了其制备过程、结构特征、各组分之间的相互作用与脱硫活性的关系，确定吸收/催化剂上的物种形态和结构，揭示出吸收/催化剂发生作用的机理。测试结果证实脱硫剂的物理结构、表面物种的分散度等与脱硫活性密切相关，而助催化剂正是通过改善这些性质来达到对脱硫活性的增强作用，同时也揭示出经历多个脱硫-再生循环的样品仍然保持较高脱硫活性的原因。 CuO/γ-Al2O3干法烟气脱硫过程实际上是一个多相催化反应的过程，而化学吸附又是多相催化的基础。本文最后通过量子化学从头算的方法研究了CuO/γ-Al2O3脱硫过程伴随的化学吸附现象，计算了氧化铝载体及不同价态的铜氧化物对SO2、O2的稳定的吸附构型和吸附能值，探讨了吸附过程对于整个脱硫反应的影响。由于对气体分子在脱硫剂上的化学吸附的研究仍受限于实验条件，采取先进的量子化学计算方法来研究干烟气条件下脱硫剂表面物种的化学吸附状态，能从理论的高度上进一步明确吸附在化学反应过程中的作用，揭示实验不能表明的微观过程和机理。这一开拓性的思路在本课题研究中颇具特色。
- 作 者：
- 王雁
- 学科专业：
- 热能工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 华中科技大学
- 导师姓名：
- 郑楚光
- 学位年度：
- 2005
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
