论文部分内容阅读
先进的脱硫脱硝技术要求污染物脱除效率高，运行费用低，无二次污染和废水后处理问题。可再生干法催化法被认为是较先进的同时脱硫脱硝技术，具有良好的发展趋势。V2O5/AC催化剂由于在燃煤锅炉的排烟温度(150～200℃)下具有良好的脱硫脱硝活性，并有可能同时脱去烟气中的HCI、HF、砷、硒、汞等，可望发展成为优良的工业催化剂。然而有诸多未解决的关键问题限制着该催化剂的工业化应用。其中，认识V2O5/AC催化剂的脱硫脱硝行为和其表面物理、化学性质之间的关系，从而实现高活性催化剂的定向制备是关键问题之一。这就要求充分了解V2O5/AC中V2O5活性组分和活性焦载体的物理特性及组分(孔隙、表面官能团和灰分)在脱硫脱硝中的作用。
本论文研究了V2O5在活性焦表面的分散性、V2O5的品格氧在脱硫过程中的作用、SO2与V2O5的作用对SCR脱硝过程的影响以及活性焦性质对脱硫脱硝过程的影响。其创新之处在于发现V2O5在活性焦表面以分子团聚状态存在，一个V2O5分子最多可以提供一个品格氧吸附、氧化SO2，V2O5与SO2反应生成的VOSO4中间体无脱硝活性。活性焦的孔径分布、表面化学性质影响SO3/H2SO4的迁移速率，从而影响V2O5/AC催化剂的脱硫脱硝活性。本论文的主要结论如下：
(1)通过O2暂态响应实验，揭示了在很低V2O5负载量的情况下，一个V2O5分子可提供一个有效品格氧用来吸附、氧化SO2；随着V2O5负载量的增加，V2O5发生分子团聚，有效品格氧占V2O5负载量的比例降低。活性焦性质的差异不影响晶格氧对SO2的氧化行为，但会显著影响SO3/H2SO4的迁移和储存。
(2)通过O2和SO2暂态响应实验，发现SO2对V2O5/AC催化剂的SCR反应有抑制作用，其原因在于VOSO4中间体无脱硝活性。VOSO4的含量是动态变化的，取决于气氛中的SO2浓度以及SO3迁移离开V2O5的速率，SO3的迁移速率受催化剂孔径分布的影响。SCR脱硝过程不影响V2O5/AC催化剂的脱硫活性。
(3)通过NH3暂态响应实验，发现V2O5/AC催化剂上参与SCR脱硝反应的NH3有两类：吸附在V2O5上的和吸附在活性焦上的，前者与NO反应的活性较高，后者与NO反应的活性很低，但可迁移到V2O5上参与脱硝反应。活性焦的表面化学性质影响V2O5/AC催化剂的NH3吸附量，从而影响其脱硝活性。
(4)通过分析有效晶格氧的量和V2O5负载量的关系，可以间接表征V2O5在活性焦表面的分散行为。发现V2O5在活性焦表面极易发生分子团聚，随V2O5负载量的增加，组成每个团聚体的V2O5分子个数增加，但V2O5仅在活性焦的某些位置聚集，V2O5团聚体的个数变化不大。在研究范围内的活性焦的表面积大小和由HNO3引入的含氧、含氮官能团不影响V2O5在活性焦表面的分散性。
(5)负载于活性焦上的VOSO4在200℃、烟氕气氛条件下，部分VOSO4会被氧化为V2O5，具有较高的脱硫和脱硝活性，可形成一种制备V2O5/AC催化剂的简便方法。