随着国内焦化行业的快速发展，焦化烟气NOx排放量占NOx排放总量的比例不断增大，近年来焦化烟气脱硝的重要性引起国家的高度重视。选择性催化剂还原（SCR）技术是控制氮氧化物的重要手段，但焦化烟气温度低、有还原性硫化物等特点使得燃煤烟气的SCR催化剂无法适应焦化烟气的脱硝需求。针对焦化烟气的实际特点，本研究提出了适用于焦化烟气脱硝的分层多效SCR脱硝体系，实现对NOx和H2S等污染物的协同控制。
首层催化剂采用氧化性较强的高钒多效催化剂来实现脱硝的同时对硫化氢进行分解。本研究选用纳米二氧化钛为载体，采用浸渍法制备一系列的V/Mo-Ti催化剂。结果表明：当温度大于250℃时，2V/4Mo-Ti（数字代表元素与钛的摩尔百分比）具有最好的脱硝效率和氮气选择性。此外，对V/Mo-Ti催化剂催化氧化H2S的性能研究发现，V对H2S有很强的催化氧化能力，含V催化剂在大于150℃时H2S的转化率达到100%，产物主要以SO2为主。水和H2S对不同催化剂的影响研究结果表明，与4Mo-Ti和2V-Ti相比，2V/4Mo-Ti催化剂的脱硝效率和对H2S的耐受性均有明显提升，因此在焦化烟气脱硝中有较好的应用前景。
由于首层催化剂对硫化氢等进行预分解，减轻了其对下层催化剂的毒性，另外V为有毒元素，大量使用存在较大的环境风险。因此本研究对V-Mo/Ti催化剂进行低钒掺杂改性，筛选出最佳的改性元素Ce，并研究不同的掺杂量对脱硝效率、N2选择性和NH3转化率的影响，从而筛选出具有最佳综合性能的改性催化剂0.3V10Ce/4Mo-Ti催化剂。低温条件下焦化烟气中的H2S、SO2和水会对催化剂的脱硝活性造成不利影响；而当温度较高时，催化剂显示出良好的抗硫抗水性能。在250℃时100 mg/m3 H2S、100 mg/m3 SO2和4%的水加入到模拟烟气中运行8 h，脱硝效率维持在70%以上。通过XRD、BET、XPS和H2-TPR等手段对催化剂进行表征，从而探讨改性V/Mo-Ti催化剂的中低温SCR机理及实验条件的影响机制。
本文采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱技术（in situ DRIFT）对发生在催化剂表面的SCR反应过程的机理进行深入研究，发现Ce掺杂后催化剂的B酸位的数量和强度均有明显增强且表面氧浓度增加；另外Ce掺杂后催化剂对NO的氧化性能增强，吸附的物种种类也有大幅增加且活性位上吸附的氨物种的SCR反应活性增强。推测催化剂表面的SCR反应主要遵循Eley-Rideal机理。
- 作 者：
- 全福权
- 学科专业：
- 环境工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 导师姓名：
- 晏乃强
- 学位年度：
- 2016
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
