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随着我国经济不断迅速发展,能源的消费快速增长,氮氧化物已成为继二氧化硫之后危害大气环境的重要污染物之一,氮氧化合物的污染问题也正日渐严重,由此也带来了诸如酸雨、酸雾、光化学烟雾、臭氧层破坏等诸多环境问题,不但影响了公众的身体健康,破坏了人居环境,而且在一定程度上也制约着我国经济的发展。因此,对烟气脱硝(去除氮氧化物)是改善环境氮氧化物污染的必行之路,而选择性催化还原法(SCR)脱硝是目前最为高效的控制烟气氮氧化物排放的有效措施。
本文全面的论述了目前国内外主要的燃烧中控制和燃烧后处理控制氮氧化物排放技术,着重介绍了选择性催化还原这一有效的燃烧后脱硝技术,论述了该技术的基本原理、化学机理、国内外发展状况和应用情况,同时展望了该项技术的未来发展方向和研究重点应该在低温催化剂的研究开发上。
本文重点开展了活性炭纤维(ACF)为主的碳材料为载体,依托国内外的研究前沿选用锰氧化物(MnOx)作为催化剂的活性部分的低温SCR催化剂研究,依据催化化学的基本原理和SCR工艺的基本要求,实验中通过浸渍法合成MnOx/ACF催化剂。随后通过的活性测试研究分析催化剂制备过程的主要影响因素,即对酸处理、负载量、活化温度等因素进行分析对比,确定制备过程对催化效率的影响程度。对合成的最优MnOx/ACF催化剂进行了应用条件测试,包括:烟气温度、烟气中NO浓度、NO/NH3摩尔比、烟气中氧气浓度、烟气停留时间等应用条件,通过活性测试确定以上各因素的影响程度和影响趋势。同时还对低温脱硝效率高达80%以上的10%MnOx/ACF催化剂进行了物象表征,并依据文献资料对MnOx催化剂的脱硝反应机理进行了详细的解析。
最后还讨论了选择性催化脱硝的工艺分类和工程应用设计,介绍了基于MnOx/ACF催化剂的低温SCR工艺工程应用设计、面临的工程问题及其解决方法,对进一步的研究方向做出了分析和展望,并提出了一些具体建议。