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燃煤电厂烟道气中的 SO2是造成大气污染的主要污染源之一,目前治理 SO2的方法以湿法为主。这类脱硫工艺主要存在着投资和操作费用大,容易产生二次污染等诸多缺点。采用直接催化还原 SO2为单质硫磺的方法不但可以彻底消除二次污染,而且还可以回收宝贵的硫磺资源。因此研制和开发适合含 O2烟气的直接催化 CO 还原 SO2 为单质硫的催化剂具有重大的实际意义。本文重点在于对O2 存在下催化 CO 还原 SO2 为单质硫的催化剂研制和催化性能进行研究。 按反应机理不同,系统研究了过渡金属硫化物,硫化稀土钙钛矿,稀土硫氧化物、萤石型 CeO2及 TiO2-CoS2等几种典型催化剂体系在含 O2反应条件下,催化还原脱硫过程中的活性及结构变化趋势。研究发现以下几点: 按中间物机理进行催化还原脱硫的硫化物类催化剂,O2 对催化还原机理产生破坏作用,使过渡金属硫化物氧化成氧化物直至硫酸盐而失活。按氧缺位氧化还原机理的萤石型 CeO2催化剂 O2占据了催化剂中的氧缺位,引起催化剂失活。按中间物-修正氧化还原机理进行催化还原脱硫的 TiO2-CoS2 ,O2氧化 CoS2生成氧化物直至硫酸盐,同时 O2使 TiO2的氧缺位无法形成而失活。 通过在含氧气氛下,预硫化钙钛矿 LaBO3(B=Fe,Co,Ni),发现只有硫化后 LaCoO3具有很好的在 O2存在下催化 CO 还原 SO2为单质硫的催化活性。通过对硫化过程的表征分析,发现在含氧气氛下预硫化 LaCoO3,可以产生具有脱硫活性的 S2-硫物种,同时可保持钙钛矿的结构不发生解体。 O2-TPD,SO2-TPD 实验和 CO 燃烧实验发现,含氧气氛下预硫化后钙钛矿LaCoO3 具有很高催化脱硫活性是由于催化剂上同时具有氧化活性中心和还原活性中心,并且两类活性中心能协同作用。 通过考察在不同反应条件下,含氧预硫化钙钛矿 LaCoO3催化 CO 还原 SO2为单质硫的催化性能,发现 CO/O2/SO2的原料比接近氧化燃烧反应和还原脱硫所需的化学计量比,对SO2的转化率和单质硫收率几乎没有影响。在空速为6000h-1,反应温度 450-500℃时,二氧化硫转化率 XSO2>85%,达到目前工业化湿法脱硫效率。当反应温度为 500℃时,空速为 6000h-1,5%O2 存在下,催化剂经过 17小时连续评价实验,二氧化硫转化率 XSO2=97-95%,单质硫收率 YS=95-93%。说明催化剂的催化性能较为稳定。