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《山东大学》 2013年
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选择性催化还原脱硝催化剂的实验与机理研究

高岩  
【摘要】:随着世界范围内氮氧化物排放标准的日益严格,选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)催化剂成为国内外各科研机构的研究热点。本文以化学分析纯颗粒状SCR催化剂为基础,采用实验研究和理论分析相结合的方法,分析了V2O5-WO3-MoO3/TiO2四元催化剂脱硝反应机理,并比较了该催化剂与V2O5-WO3/TiO2、V2O5-MoO3/TiO2三元催化剂脱硝性能的差异;从比表面积、比孔体积、平均孔径、物相组成、晶粒尺寸等微观角度对催化剂物理化学特性进行了研究,优化了V2O5-WO3-MoO3/TiO2四元催化剂的成分配比;以工业纯原料替换化学分析纯原料制备了蜂窝状催化剂,研究了药品纯度对催化剂脱硝性能的作用效果,并对成型工艺进行了优化;通过在山东某燃煤电厂300MW机组锅炉尾部所建造的SCR脱硝试验台研究了燃煤电厂真实排烟环境下空速、催化剂用量、温度、氨氮比、初始浓度、积灰时间、催化剂寿命等因素对工业纯蜂窝状V2O5-WO3-MoO3/TiO2四元催化剂脱硝性能的影响;通过Lister Petter TR1重型直喷式单缸柴油机尾气SCR脱硝试验台研究了柴油机真实尾气环境下工业纯颗粒状V2O5-WO3-MoO3/TiO2四元催化剂的脱硝性能以及在运行过程中活性降低的规律。 1.以化学分析纯偏钒酸铵、钨酸铵、钼酸铵、锐钛型钛白粉为主要成分,制备了颗粒状V2O5-WO3-MoO3/TiO2四元催化剂,利用标准气模拟烟气组成研究了该催化剂的脱硝性能,研究结果表明:在活性物质总负载量相同的情况下,同时负载W和Mo的四元催化剂脱硝效率高于单一负载W或Mo三元催化剂的脱硝效率;W可以有效提高催化剂高温区间活性,抑制Mo在高温区间的副反应发生,Mo可以有效提高催化剂低温区间活性,弥补W在低温区间活性不足,从而拓宽催化剂活性温度窗口;当V负载量为1.0%w/w,W负载量为4.5%w/w,Mo负载量为4.5%w/w时,催化剂具有最佳性能,其各部分物性均匀,颗粒致密,粒径大小一致,且具有完整的微孔结构;焙烧温度对催化剂比表面积、比孔体积、平均孔径、结晶度、物相转变和催化活性均有重要影响,催化剂在35℃焙烧具有最佳活性,峰值达到99.1%,但化学结构不稳定,在450℃焙烧具有稳定结构且结晶完全,活性物质溶入锐钛型Ti02晶格效果最佳,但活性峰值降至89.1%,采用350℃+450℃二次焙烧方法所得催化剂具备稳定化学结构,与450℃焙烧的催化剂相比,比表面积增大5.0%,比孔体积增大1.9%,平均孔径减小1.5%,催化剂活性峰值提升3.0%,温度窗口拓宽约40℃ 2.以各项工业纯度原料分别替换分析纯度原料进行脱硝效率对比试验,所用催化剂中V负载量为1.0%w/w,W负载量为4.5%w/w,Mo负载量为4.5%W/w,研究结果表明:工业纯H2C2O4会造成催化剂严重失活,采用工业纯V、W、Mo和分析纯H2C2O4制备所得催化剂具有较低的制备成本和较高的脱硝效率和较宽的活性温度窗口,可以很好地解决催化剂制造成本和脱硝性能之间的矛盾。催化剂的成型性能与成型模具结构、成型剂种类和胚料制备工艺均有密切关系,通过完善成型工艺可以提高催化剂胚料的致密性和均匀性,经粉体筛分,胚料碾压、捶打,静置封存处理后所制得的催化剂胚料具有较好的蜂窝状成型性能、较强的硬度以及耐磨性。 3.利用燃煤电厂烟气脱硝试验台研究了系统运行参数对催化剂脱硝性能的影响效果,研究结果表明:空速增大,催化剂脱硝效率总体趋势是降低的,但在一定空速范围内催化剂活性较高且较为稳定;当脱硝效率达到80.0%以上时,增大SCR脱硝系统中催化剂的用量脱硝效率提高不明显,却会造成SO2氧化率不断升高,且增长速率不断增大,同时会导致脱硝成本较高,SCR脱硝系统中催化剂的用量应根据各燃煤电厂设计标准及排放要求布置,寻求最佳脱硝效率与催化剂体积的比值,避免单一追求脱硝效率导致其它资源的浪费。与实验室模拟烟气相比,真实烟气中脱硝效率对温度的变化更敏感,高温区间脱硝效率随温度变化剧烈,但对NH3的敏感度较低,当氨氮比达到0.9时催化剂的脱硝效率大于70.0%,运行中增大NH3投入体积可以进一步提高NOx转化率,同时降低S02氧化率。本课题所制备的V2O5-WO3-MoO3/TiO2四元催化剂对NOx初始浓度的变化具有较强的适应性,在300-1700ppm范围内,脱硝效率均大于70.0%。催化剂的脱硝效率会随着积灰时间的延长而不断降低,同时随着催化剂运行时间的延长,脱硝效率呈现先急剧下降,后缓慢降低的变化趋势,在运行第1个月内下降较快,平均每运行78h脱硝效率降低1.0%,在运行2-12月内下降较为平缓,平均每运行740h脱硝效率降低1.0%。 4.利用柴油机尾气脱硝试验台研究了柴油机运行工况对所研制催化剂脱硝性能的影响,研究结果表明:柴油机SCR反应器内空速增大,所研制催化剂脱硝效率和脱硝反应副产物N20浓度呈现单一下降趋势,而NH3逸出浓度增大;柴油机负载增大,催化剂脱硝效率呈现下降趋势,且脱硝效率下降速率递增,同时脱硝反应副产物N20浓度不断减小,而NH3逸出浓度不断增大;不同负载下催化剂的脱硝效率均受反应温度影响较大,但脱硝效率随反应温度的变化趋势相似,仅变化幅值不同;柴油机负载变化会导致催化剂活性温度窗口(脱硝效率70%)发生较大变化,同时导致副反应NH3/N2O起始温度和N20生成量一起变化;随着NH3投入量的增加,催化剂脱硝效率先升高后保持不变,而副反应产物N20的生成浓度不断增大且增大速率均匀,NH3逃逸量不断增长且增长速率逐渐变大。随着柴油机运行时间的延长,催化剂表面积碳量增加,催化剂脱硝效率缓慢降低,但积碳量对催化剂的脱硝效率的影响程度较弱;柴油机启动、停机次数增加会加速催化剂脱硝效率的降低,并使得副反应NH3/N2O进行程度减弱,同时导致NH3逃逸率增大。 本课题得到山东省科技发展计划:选择性催化还原烟气脱销用高效催化剂的失活机理和工业应用研究(NO.2011GSF11716)和山东电力集团科技项目:大容量燃煤锅炉氮氧化物NOx排放控制技术实验研究(NO.2008ZB-19)的资助。本文作者在英国伯明翰大学期间实验及生活得到国家留学基金委的资助(NO.2011622102)。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X701

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李锦;许建昌;马杰;徐达;;我国重型车满足欧Ⅳ/Ⅴ标准的技术路线选择[J];城市车辆;2006年05期
2 李鹏;谭丕强;楼狄明;胡志远;;满足国Ⅴ排放的重型柴油机排气后处理技术[J];车用发动机;2010年04期
3 朱成章;;关于我国电力与一次能源的比例关系[J];电力技术经济;2003年05期
4 刘孜;易斌;高晓晶;井鹏;岳涛;庄德安;;我国火电行业氮氧化物排放现状及减排建议[J];环境保护;2008年16期
5 贺泓;翁端;资新运;;柴油车尾气排放污染控制技术综述[J];环境科学;2007年06期
6 吕林;王勇波;;车用发动机配气机构运动学和动力学分析[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2006年06期
7 胡静;赵彦光;陈婷;陈镇;张云龙;帅石金;王建昕;;重型柴油机尿素SCR后处理系统的控制策略研究[J];内燃机工程;2011年02期
8 资新运,宁智,张春润,贺宇,王宪成;柴油车微粒捕捉器再生控制策略[J];内燃机学报;2002年02期
9 杨振中;;2004 Mack MD11柴油机燃料加氢后NO_x与微粒排放特性[J];农业工程学报;2012年12期
10 赵彦光;胡静;陈镇;帅石金;肖建华;王建昕;;混合器对车用柴油机尿素SCR系统性能影响的试验研究[J];汽车工程;2011年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 余志敏;罗马吉;于佳;张超建;颜伏伍;;配气机构动力学仿真与凸轮型线优化设计[J];北京汽车;2008年05期
2 邢居真;高俊华;钟绍华;;选择性催化还原(SCR)技术降低柴油机NO_X排放研究[J];北京汽车;2009年03期
3 苌转;周斌;于超;展靖华;;6135Z型柴油机CO和NO排放预测[J];交通节能与环保;2008年04期
4 赵震;张桂臻;刘坚;梁鹏;许洁;段爱军;姜桂元;徐春明;;柴油机尾气净化催化剂的最新研究进展[J];催化学报;2008年03期
5 贺泓;余运波;李毅;吴强;张秀丽;张长斌;石晓燕;宋小萍;;Ag/Al_2O_3催化剂催化含氧烃类选择性还原氮氧化物的基础与应用研究进展[J];催化学报;2010年05期
6 杨振;;火电燃料消费过程对资源环境的影响评估[J];长江流域资源与环境;2011年02期
7 姜大海;郭猛超;资新运;邵玉平;邓成林;;柴油机微粒捕集器逆向喷气再生试验研究[J];车用发动机;2007年06期
8 朱玲;王学中;;反应气氛对Ce_(0.5)Zr_(0.5)O_2固溶体上炭粒燃烧行为的影响[J];车用发动机;2008年03期
9 资新运;郭猛超;蔡强;姚广涛;姜大海;邓成林;;柴油机后处理系统一维数值模拟[J];车用发动机;2009年01期
10 安相壁;索建军;姚广涛;郭猛超;罗涛;;柴油机微粒捕集器燃烧器再生试验研究[J];车用发动机;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许媛媛;袁景淇;;SCR脱硝反应器入口烟气均流导流优化设计CFD仿真[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
2 马磊;李俊华;常化振;傅立新;;Fe/分子筛催化剂上氨气选择性催化还原NO_x[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
3 翟步英;刘奇;潘雄;;柴油车尾气净化催化剂的研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
4 王林江;郭子峰;吴群英;张燕;肖彦;;柴油车尾气净化四效催化技术进展[A];第六届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2009年
5 赵鹏;戴辅民;;SCR系统用尿素还原剂技术的探讨[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第十四届年会论文集[C];2010年
6 吴国华;张春玲;;基于能源消费的二氧化碳排放量估算[A];经济发展与管理创新--全国经济管理院校工业技术学研究会第十届学术年会论文集[C];2010年
7 郭颖浩;贾春学;韩生;曲丰作;徐同宽;;JH型脱脂剂在涂装前处理生产线脱脂工段能耗分析[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集(上)[C];2009年
8 张昭良;韩栋;辛颖;王仲鹏;;铈铁复合氧化物四效催化剂在碳烟燃烧中的协同效应[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
9 赵鹏;;SCR技术在柴油发动机排放控制中的应用[A];中国汽车工程学会汽车燃料与润滑油分会第15届年会论文集[C];2012年
10 徐远鹏;;华能南通电厂烟气脱硝路线分析与研究[A];第八届长三角电机、电力科技分论坛论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姜烨;钛基SCR催化剂及其钾、铅中毒机理研究[D];浙江大学;2010年
2 杨波;基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究[D];浙江大学;2010年
3 张辉;轿车柴油机微粒捕集器工作过程数值模拟及再生控制策略研究[D];吉林大学;2011年
4 牛胜利;有机钙盐协同脱除SO_2和NO的实验研究与机理分析[D];山东大学;2011年
5 陈莲芳;脱硝反应器流场与反应物混合模拟优化[D];山东大学;2011年
6 任丙南;选择性催化还原NO低温催化剂的制备和表征[D];中国矿业大学(北京);2011年
7 彭远新;能源消费与经济发展的多尺度分析和反演[D];南京师范大学;2011年
8 徐晖;烟气钠碱脱硫吸收富液超声波解吸方法研究[D];天津大学;2010年
9 韩志群;钡—铈基氮氧化物存储还原催化剂的组分作用和优化研究[D];天津大学;2010年
10 司知蠢;CuO_x/WO_(x-)ZrO_2催化剂制备及其NH_3-SCR催化机理研究[D];清华大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马爱玲;生物质与煤混合燃烧特性的研究[D];河南理工大学;2010年
2 尹和俭;紧凑式SCR净化消声装置设计与仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 党国慧;我国火力发电引发环境问题的伦理思考[D];大连理工大学;2010年
4 潘维;基于DSP的柴油机Urea-SCR控制系统研究[D];天津理工大学;2010年
5 王伟佳;无锡市经济发展与能源消费关系的实证研究[D];江南大学;2010年
6 张林军;300MW机组锅炉SCR脱硝系统运行优化研究[D];华南理工大学;2010年
7 涂伟升;广石化电站CFB脱硫技术的优化与示范效果[D];华南理工大学;2010年
8 王静远;我国能源与化工产业的环境影响及其规制研究[D];华东理工大学;2011年
9 万嘉瑜;污泥在不同氧浓度下燃烧排放特性研究[D];浙江大学;2010年
10 蒋新伟;变截面烟道SCR烟气脱硝反应器整流装置的优化研究[D];浙江大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张润铎,全燮,杨凤林,郑钟植;制备蜂窝状筛网进行NH_3选择性催化还原NO的反应[J];催化学报;2002年01期
2 贺泓,余运波,刘俊锋,张润铎,张长斌,王进;富氧条件下氮氧化物的选择性催化还原Ⅱ.Ag/Al_2O_3催化剂上含氧有机物选择性还原NO_x的性能[J];催化学报;2004年06期
3 朱天乐,王建昕,傅立新,郝吉明;柴油机排气后处理技术[J];车用发动机;2002年06期
4 赵冬青,苏铁熊,赵振锋,孟继祖;顶置凸轮轴配气机构运动学和动力学计算[J];车用发动机;2003年06期
5 谭丕强,胡志远,楼狄明,万钢;微粒捕集器再生技术的研究动态和发展趋势[J];车用发动机;2005年05期
6 管斌;周校平;林赫;王真;黄震;;NH_3—SCR法降低柴油机NO_x排放的研究进展[J];车用发动机;2007年05期
7 蒋德明;;达到欧洲Ⅵ排放法规的新一代车用重载柴油机[J];车用发动机;2009年04期
8 如明;;发达国家温室气体减排策略[J];中国科技投资;2006年07期
9 高如明;高广生;;中国在减少温室气体排放方面做了什么?——国家气候变化对策协调小组办公室主任高广生答加拿大记者问[J];中国科技投资;2006年07期
10 陈进生;;嵩屿电厂烟气SCR脱硝工艺及特点分析[J];电力环境保护;2006年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 肖琨;SCR脱硝技术用催化剂性能试验与成型研究[D];山东大学;2008年
2 张恩民;柴油机排放污染物控制实验研究[D];长安大学;2009年
3 郝玉振;火力发电厂SCR脱硝技术用催化剂性能试验研究[D];山东大学;2009年
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1 刘仁龙;吕汉清;李国云;邬旭宏;谢银银;杜军;;负载型V_2O_5-WO_3/TiO_2/堇青石脱硝催化剂的研制及性能[J];武汉理工大学学报;2011年07期
2 李云涛;钟秦;;低温NH_3-SCR反应机理及动力学研究进展[J];化学进展;2009年06期
3 马林转;宁平;邱琳;寸文娟;冯权莉;;在Cu/Al_2O_3催化剂上用C_3H_6选择性催化还原NO的研究[J];武汉理工大学学报;2007年03期
4 黄妍;童志权;伍斌;张俊丰;;V_2O_5-CeO_2/TiO_2催化剂上低温氨选择性催化还原NO的性能[J];燃料化学学报;2008年05期
5 晏萍;罗建中;陈志航;唐志雄;岑超平;;中低温条件下选择性催化NO_x还原的研究进展[J];化工进展;2011年08期
6 刘亭;沈伯雄;朱国营;赵宁;韩永富;;抗水、抗SO_2的低温选择性催化还原催化剂研究进展[J];环境污染与防治;2008年11期
7 邹斯诣;;选择性催化还原(SCR)脱硝技术应用问题及对策[J];节能技术;2009年06期
8 汪汉卿;陈英武;;电子自旋共振法在催化剂研究中的若干应用[J];当代化工;1973年06期
9 杨先春;;激光喇曼光谱原位法研究硫化态催化剂 Ⅱ.硫化态W/γ-A1_2O_3催化剂的活性组分的化学形态及其表面光谱特性[J];石油学报;1987年04期
10 高崇;罗忠禹;王树清;魏奇业;;提高国产中变催化剂内表面利用率的途径[J];吉林化工学院学报;1991年02期
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1 马子然;翁端;吴晓东;司知蠢;;WO_x/CeO_2催化剂的NH_3选择性催化还原NO_x性能研究[A];第十八届全国稀土催化学术会议论文集[C];2011年
2 许韵华;晋丽叶;陈敏;王永生;朱红;;质子交换膜燃料电池抗CO催化剂PtRu/C的研究[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(下册)[C];2005年
3 盖帅;徐永强;刘晨光;;硅胶键合有机磺酸催化剂的制备与表征[A];中国石油学会第六届石油炼制学术年会论文集[C];2010年
4 蒋树斌;;污染物治理技术进展[A];中国工程物理研究院科技年报(2010年版)[C];2011年
5 庞新梅;钱锦华;高雄厚;;渣油催化裂化催化剂技术最新进展[A];甘肃省化学会成立六十周年学术报告会暨二十三届年会论文集[C];2003年
6 李林;王晓东;王爱琴;张万生;张涛;;Mo_2C催化剂的吸附量热研究[A];中国化学会第十三届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要集[C];2006年
7 靳凤英;王祥生;袁景利;龙化云;杨晓宇;陈立东;郭新闻;;有机酸改性的CoMo/HZSM-5催化剂的加氢脱硫活性[A];第十五届全国分子筛学术大会论文集[C];2009年
8 安立敦;;负载型纳米金催化剂投入工业生产[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
9 周晓奇;;加氢脱硫催化剂及其新进展[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
10 杨勇;杜阳;王和义;;无机载体疏水催化剂研制[A];中国工程物理研究院科技年报(2008年版)[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 赵亚辉;李灿:“催化”人生[N];人民日报;2004年
2 记者应庆;李灿院士获今年何梁何利进步奖[N];中国医药报;2005年
3 本报记者 曹俊;怎么提高企业脱硝效率?[N];中国环境报;2011年
4 本报记者 刘晓星;水泥行业如何面对脱硝?[N];中国环境报;2011年
5 苛卫;二氧化碳变塑料[N];中国石油报;2003年
6 本报记者 崔宏薇;GE:看好中国脱硝市场[N];机电商报;2011年
7 本报记者 张佳星;表面化学:我们身边的科学[N];科技日报;2007年
8 罗杰;新型SCR技术助力催化剂脱硝[N];中国化工报;2010年
9 记者 吴苡婷;书写“水变氢”的传奇[N];上海科技报;2011年
10 潘治;他的研究“深入浅出”,至少能帮人理解“铁为什么会生锈”[N];新华每日电讯;2007年
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1 姜烨;钛基SCR催化剂及其钾、铅中毒机理研究[D];浙江大学;2010年
2 卢文新;纳米碳纤维生长速率及形态调控[D];华东理工大学;2010年
3 褚睿智;微波辐射下耐硫型Pd催化剂的可控制备及在一步法合成二甲醚中的应用[D];中国矿业大学;2010年
4 黄辉;脂肪酸甲酯加氢制脂肪醇Cu/Zn催化剂的失活机理研究[D];华东理工大学;2011年
5 王文举;Ni催化剂催化乙醇重整制氢的研究[D];天津大学;2009年
6 陈鸿庆;乙醇重整制氢Ir-La催化剂设计及微反性能优化[D];华南理工大学;2010年
7 张安杰;Ni基催化剂上甲烷二氧化碳重整制合成气的研究[D];大连理工大学;2011年
8 丁保宏;新型载体SiO_2-TiO_2-ZrO_2载负MoP催化剂的制备、表征及加氢精制性能[D];华东师范大学;2011年
9 滕阳;硫化后还原法制备磷化物催化剂及其加氢脱硫反应性能[D];大连理工大学;2010年
10 邹志强;钴基低温氧化催化剂和钾基稀燃NOx储存还原催化剂研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 彭神风;烟气脱硝SCR催化剂的性能研究[D];华东理工大学;2012年
2 张桂红;堇青石基钒系SCR脱硝催化剂的制备工艺及脱硝性能研究[D];重庆大学;2010年
3 庄永涛;柴油车尾气净化蜂窝状Fe-Mo/ZSM-5催化剂的试验研究[D];太原理工大学;2010年
4 刘彤;等离子体与催化剂协同催化CH_4选择性还原脱硝反应研究[D];浙江大学;2012年
5 高洁;蜂窝堇青石基CuO/Al_2O_3催化剂的活性及稳定性研究[D];北京化工大学;2010年
6 李正启;橡胶防老剂4020合成工艺的研究[D];华东理工大学;2012年
7 杨燕萍;Ni/TiO_2-SiO_2催化剂的制备、表征及顺酐加氢性能研究[D];山西大学;2011年
8 刘树森;甲醇液相氧化羰基化Cu-Si-Ti基催化剂的研究[D];太原理工大学;2010年
9 刘艳霞;纳米金催化剂室温氧化CO及其再生研究[D];大连理工大学;2011年
10 王光伟;改性蒙脱土负载Co催化剂的费—托合成反应行为[D];陕西师范大学;2011年
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