甲烷用于半焦催化剂同时脱硫脱硝的研究

【摘要】：现在,有关大气环境污染的报道已经非常常见,在城市中,空气状况倍受SO2为代表的硫氧化物和以NO为代表的氮氧化物的困扰。在我国,煤和焦炭的燃烧产生了大量空气污染物,治理这些大气污染物就成为我国环境保护工作的当务之急。鉴于这种情况,现在产生了众多的脱硫脱氮技术。在这些方法中,干法脱硫脱硝具有无液体废弃物、可以同时脱硫脱硝等优点受到欢迎。在干法脱硫脱硝中,甲烷作为还原性气体有着自己独特的优点,甲烷来源广泛、无污染、无腐蚀性,是一种具有比较强还原性的气体。半焦因为具有比较丰富的表面性质,价格低廉、机械强度大等优点非常适合作为甲烷脱硫脱硝的载体。 为了探讨影响甲烷脱硫脱硝的影响原因,本文比较全面的探讨了在半焦(兰炭)催化剂作为催化剂载体,在此载体上掺杂金属的多种氧化物进行甲烷脱硫脱硝实验,然后讨论催化剂的催化性能,而且对甲烷的裂解和脱硫脱硝的活性以及积炭反应的原因进行了初步探讨。 本文所得结论如下： (1)原料半焦就可以使CH4裂解,在各种活化方法中,碱活化可以大幅度提高甲烷的裂解率。 (2)在半焦催化剂上掺杂一定浓度的PdO可以有效降低脱硫脱硝反应所需的温度,1.5%的PdO量对甲烷的裂解最有效；在脱硫反应中,掺杂1%的V2O5最有利于脱硫活性的提高。 (3)在反应条件方面空速会影响甲烷脱硫脱硝活性的提高,在甲烷脱硫脱硝中,最佳空速是1200h-1；当氧气含量在4%时,脱硫脱硝达到了最佳平衡点,最有利于甲烷脱硫脱硝活性的提高；并且在甲烷脱硫脱硝反应中,随着体系中水蒸气含量的增长,脱除NO能力减少很多,与此同时脱除SO2的能力基本保持稳定,当水蒸气含量为4%时,脱硫脱硝活性最高。 (4)在进气量方面,通入CH4的最佳浓度为1000ppm, CH4/NO最佳浓度比为1.2。 (5)通过甲烷同时脱硫脱硝实验得知,脱硝过程有利于脱硫过程的进行,脱硫过程不利于脱硝过程的进行。 (6)一定量的甲烷裂解率是保证脱硫脱硝活性高的一个重要因素,最佳甲烷裂解率是40%～50%； (7)积炭现象对甲烷脱硫脱硝活性有着很大的影响,而CeO2具有抗积炭性,添加了2%的CeO2的半焦催化剂积炭率明显降低,同时脱硫脱硝活性也比较好。 (8)通过半焦催化剂的寿命试验可知,半焦催化剂的寿命一般是4个循环,4个循环以后就因为积碳量太大导致脱除二氧化硫和一氧化氮活性迅速降低。 (9)在甲烷半焦催化剂的再生实验方面,当再生温度为420℃附近时,此时再生的效率最高,再生时间大约是100min,再生次数为三次；甲烷裂解产生的H2有助于催化剂的再生,当裂解率为35%左右,再生率变化已经很大,再往上则再生效率变化不大,另外在甲烷裂解率一定的情况下,增加甲烷的浓度对再生率效果改善影响不大。 【关键词】：半焦 甲烷 PdO CeO_2 脱硫脱硝
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X701
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 文献综述13-31
• 1.1 硫氧化物和氮氧化物与环境污染13-16
• 1.1.1 煤炭在我国能源的地位以及煤炭造成的大量污染13-14
• 1.1.2 硫氧化物和氮氧化物的污染及其危害14-15
• 1.1.3 酸雨的形成及其危害15-16
• 1.2 烟气脱硫脱硝技术16-23
• 1.2.1 烟气脱硫脱硝的研究历史16-17
• 1.2.2 烟气脱硫技术17-19
• 1.2.3 烟气脱硝技术19-20
• 1.2.4 烟气同时脱硫脱硝技术20-21
• 1.2.5 碳材料脱硫脱硝21-23
• 1.3 甲烷脱硫脱硝技术23-27
• 1.3.1 甲烷的裂解23-24
• 1.3.2 甲烷的脱硫脱硝技术与积炭反应24-27
• 1.4 催化剂的再生和资源的回收27-28
• 1.4.1 催化剂的再生27
• 1.4.2 硫资源的回收与再利用27-28
• 1.5 总结与展望28
• 1.6 本实验的选题依据28-29
• 1.7 本实验的研究目的与内容29-31
• 1.7.1 本文的研究目的29
• 1.7.2 本文的研究内容29-31
• 第二章 实验部分31-37
• 2.1 原料的性质31
• 2.2 仪器与设备31-33
• 2.3 催化剂的制备33
• 2.4 催化剂的活性评价33-34
• 2.5 模拟烟气的配制34-35
• 2.5.1 SO_2的配制34
• 2.5.2 NO的配制34-35
• 2.5.3 不同气体的混合35
• 2.6 本实验所用数据的评价指标35-37
• 第三章 铈钯复合氧化物对甲烷脱硫脱硝的影响37-43
• 3.1 引言37
• 3.2 PdO催化剂对于降低反应温度的实验37-39
• 3.3 铈在甲烷脱硝反应中的作用39-40
• 3.4 V_2O_5的质量分数对脱硫反应的影响40-41
• 3.5 半焦催化剂掺杂金属氧化物的表面性质、甲烷裂解率与脱硝活性41
• 3.6 结论41-43
• 第四章 实验条件对甲烷脱硫脱硝反应的影响43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 空速对甲烷脱硫脱硝的影响43-44
• 4.3 氧含量对甲烷脱硫脱硝的影响44-46
• 4.4 CH_4与NO进气浓度对甲烷脱硫脱硝的影响46-48
• 4.5 甲烷脱硫脱硝过程中脱硫过程和脱硝过程的相互干扰问题48-50
• 4.6 水蒸气对甲烷脱硫脱硝活性的影响50-51
• 4.7 结论51-53
• 第五章 甲烷的裂解及积炭反应对甲烷脱硫脱硝反应的影响53-63
• 5.1 引言53-54
• 5.2 半焦的活化方式对甲烷脱硫脱硝的影响54-56
• 5.3 甲院的裂解与甲院脱硫脱销的关系56-57
• 5.4 甲烷的裂解和积碳反应与甲烷脱硫脱硝的关系57-59
• 5.5 甲烷脱硫脱硝催化剂的寿命问题59-61
• 5.6 总结61-63
• 第六章 催化剂的再生实验63-67
• 6.1 引言63
• 6.2 再生条件对脱硫催化剂再生性能的影响63-65
• 6.2.1 反应温度对脱硫催化剂再生性能的影响63-64
• 6.2.2 再生时间对脱硫催化剂再生性能的影响64
• 6.2.3 再生次数对脱硫催化剂再生性能的影响64-65
• 6.3 CH_4对脱硫催化剂再生性能的影响65-66
• 6.3.1 CH_4浓度对脱硫催化剂再生性能的影响65
• 6.3.2 CH_4裂解率对脱硫催化剂再生性能的影响65-66
• 6.4 总结66-67
• 第七章 催化剂的表征67-71
• 7.1 引言67
• 7.2 本章所用表征方法介绍67
• 7.2.1 比表面积与孔结构测定(BET)67
• 7.2.3 扫描电子显微镜(SEM)67
• 7.2.4 元素分析67
• 7.3 碱性半焦的表征67-68
• 7.4 掺杂Ce02之后催化剂的表征68-69
• 7.5 催化剂再生的表征69-70
• 7.6 总结70-71
• 第八章 论文总结与展望71-74
• 8.1 工作总结71-72
• 8.2 论文的创新点72-73
• 8.3 进一步工作的建议73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士期间发表的学术论文79

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