CuO-γ-Al-,2-O-,3-干法煙氣脫硫研究.pdf

1、燃煤鍋爐配置煙氣脫硫裝置仍是目前降低SO2排放最有效的途徑之一?，F(xiàn)階段各成熟的方法(干式或濕式的石灰石/石膏法、噴霧干燥法、吸收劑噴射法等)均存在不同程度的缺陷從而影響到在我國的推廣應(yīng)用。開發(fā)能同時控制SO2與Nox污染的方法具有極大的應(yīng)用前景。盡管國外對CuO/γ-Al2O3脫硫脫硝研究工作已經(jīng)較為成熟，但距其商業(yè)化應(yīng)用仍有一段距離；而國內(nèi)對這項技術(shù)的研究起步較晚，目前還處于開始階段。因此，對CuO在脫硫脫硝過程中所發(fā)生的脫硫、脫硝、

2、再生等一系列過程開展研究，定量、準(zhǔn)確地描述這些過程，解決該項技術(shù)在實際運行中存在的問題，使之能應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，是國內(nèi)發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硫脫硝一體化技術(shù)的迫切需求。 本文首先對現(xiàn)有的煙氣脫硫方法進(jìn)行了概述，回顧了負(fù)載氧化銅煙氣脫硫脫硝技術(shù)發(fā)展史，對目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，提出了自主研究的思路和改善方案。并以此為基礎(chǔ)，開展了相應(yīng)的研究工作。 CuO/γ-Al2O3的樣品制備和脫硫反應(yīng)，是整個研究工作的基礎(chǔ)。本文

3、選用多孔、高比表面積的γ-Al2O3作為脫硫劑載體，通過等體積浸漬方法制備了不同組分的CuO/γ-Al2O3吸收/催化劑，在自建的固定床流動反應(yīng)器上進(jìn)行模擬煙氣脫硫試驗，定量研究了不同組分樣品的脫硫活性，分析了載銅量、SO2/O2濃度、空間速度、反應(yīng)溫度等對脫硫活性的影響。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了脫硫反應(yīng)的本征動力學(xué)分析，得到相關(guān)的動力學(xué)參數(shù)。試驗結(jié)果充分肯定了CuO/γ-Al2O3作為高效煙氣脫硫劑具有的實際應(yīng)用價值，所得數(shù)據(jù)對進(jìn)一步的流程

4、開發(fā)和反應(yīng)器設(shè)計有指導(dǎo)意義。 要降低CuO/γ-Al2O3干法煙氣脫硫脫硝的成本，促進(jìn)該工藝未來的商業(yè)化應(yīng)用，樣品的再生性能至關(guān)重要。本文采用還原氣體甲烷進(jìn)行了吸收/催化劑的再生試驗，確定出合適的再生條件，考察了再生循環(huán)對吸收/催化劑損耗的影響，并采用熱重分析方法研究了不同樣品的再生過程。研究了吸收/催化劑的失活原因及其對脫硫性能的影響，指出燒結(jié)和生成化合物是造成CuO/γ-Al2O3失活的主要原因。 金屬氧化物本身的成

5、本問題和脫硫反應(yīng)對溫度的較高要求是阻礙負(fù)載氧化銅煙氣脫硫脫硝工藝商品化的重要因素。因此考慮通過在脫硫劑中添加一定的助催化劑來改善上述問題是一個大膽的提議和創(chuàng)新的思路。通過助催化劑的添加，可以改善脫硫性能、降低反應(yīng)溫度，有利于流程的推廣和廣泛應(yīng)用。本文選用了多種不同類別的助催化劑，對CuO/γ-Al2O3吸收/催化劑進(jìn)行改性，考察助催化劑的添加對于脫硫劑模擬煙氣試驗結(jié)果的影響，分析助催化劑發(fā)揮效用的形式。結(jié)果顯示部分助催化劑具有明顯增強脫

6、硫活性和降低脫硫反應(yīng)溫度的效果。 本文還利用多種化學(xué)和物理的方法包括樣品含銅量測定、比表面和孔結(jié)構(gòu)測定、X射線衍射物相分析、電子探針顯微分析、X光電子能譜分析等對吸收/催化劑性能進(jìn)行考察，對不同類別、不同反應(yīng)階段的脫硫劑進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，討論了其制備過程、結(jié)構(gòu)特征、各組分之間的相互作用與脫硫活性的關(guān)系，確定吸收/催化劑上的物種形態(tài)和結(jié)構(gòu)，揭示出吸收/催化劑發(fā)生作用的機(jī)理。測試結(jié)果證實脫硫劑的物理結(jié)構(gòu)、表面物種的分散度等與脫硫活性

7、密切相關(guān)，而助催化劑正是通過改善這些性質(zhì)來達(dá)到對脫硫活性的增強作用，同時也揭示出經(jīng)歷多個脫硫-再生循環(huán)的樣品仍然保持較高脫硫活性的原因。 CuO/γ-Al2O3干法煙氣脫硫過程實際上是一個多相催化反應(yīng)的過程，而化學(xué)吸附又是多相催化的基礎(chǔ)。本文最后通過量子化學(xué)從頭算的方法研究了CuO/γ-Al2O3脫硫過程伴隨的化學(xué)吸附現(xiàn)象，計算了氧化鋁載體及不同價態(tài)的銅氧化物對SO2、O2的穩(wěn)定的吸附構(gòu)型和吸附能值，探討了吸附過程對于整個脫硫反