垃圾焚烧尾气同步控制脱除NO和CO的催化剂设计及机理研究

Waste incineration process is a stationary source of NOx emission. The current NH3-SCR technology is mainly aimed at the thermal power plant, and leads to secondary pollution problem caused by NH3 escape. To reduce CO emission in the waste incineration tail gas, a large amount of excess air is injected into the incinerator, leading to high energy-consumption and increased NOx emissions in the tail gas. This project proposes a novel technology for synergetic control of both NOx and CO. The catalytic reduction reaction between NO and CO is occurred when the two pollutants generated during the waste incineration process. The noble metal modified CuxCeyOz based catalyst will be prepared. The porous carrier with high thermal stability will be adopted to enhance the dispersion of the active component and avoid the catalyst from high-temperature sintering. The catalytic activity under the oxygen rich atmosphere is improved due to the excellent oxygen storage-release capacity of CeO2, and the change of surface morphology of catalyst by metal doping. At the same time, advanced characterization technology will be adopted for the tracking of the surface reaction processes and catalytic mechanism. The results provide a reference for the development of industrial CO-SCR technology in the presence of oxygen.

垃圾焚烧过程为减少尾气中CO排放，一般采用过氧化法，通入的大量过剩空气既增加鼓风机能耗又导致尾气中NOx排放显著增加。现行的NH3-SCR技术主要针对火力发电厂，且存在NH3逃逸带来的二次污染问题。因此本项目拟开发垃圾焚烧尾气污染物NO和CO协同控制新工艺，在催化剂作用下利用垃圾焚烧过程生成的CO原位还原NO。利用CeO2出色的储存-释放氧能力、通过Cu-Ce金属间协同作用，构建含氧气氛下具有较高活性和选择性的催化剂主体。通过精细调节各金属前驱物之间的比例，改变催化剂的表面结构、增加体相的结构缺陷，改善其在含氧条件下的催化性能。通过现代表征技术探究催化剂的构效关系，结合原位技术推导催化反应机理，为垃圾焚烧尾气SCR催化剂的设计和工业化提供参考。

本项目紧密围绕NO和CO的脱除开展了一系列研究，基本按照计划开展研究工作，取得了较好的研究成果。项目基于浸渍法、溶胶凝胶法、柠檬酸法、室温氧化还原法等制备了系列SCR催化剂，并通过固定床反应装置对制备的催化剂进行系统评价、筛选和表征。研究发现铱基催化剂、铁锆复合氧化物催化剂、锰铈复合氧化物催化剂具有较好的脱硝性能。.基于溶胶凝胶法制备的Ir基催化剂，展示了良好的同步脱除NO和CO活性，氢气氛下焙烧的催化剂Ir/TiO2(H2)在650-700oC、无氧条件下，氮氧化物脱除率高达99%；空气氛围下焙烧的催化剂Ir/TiO2(Air)在450oC、有氧条件下，氮氧化物脱除率可达79.2%、CO脱除率98.6%。基于柠檬酸法制备的FeZrOx复合氧化物催化剂作用于CO同步脱除NO和SO2，研究结果表明Fe(0.4)ZrOx具有最佳脱除效果，当反应温度350oC、无氧条件下，NO和SO2的脱除率接近100%。表征结果表明Fe3+的加入可降低ZrO2的结晶度并使得催化剂的表面积显著增加，进而提高催化剂活性。基于室温氧化还原法制备的锰铈复合氧化物催化剂，在NH3作还原剂时，具有良好的脱硝性能，当锰铈摩尔比为0.6时，反应温度为140-180oC时脱硝率高达100%。考虑到碳纳米管价格昂贵，难以大规模工业化推广，为了降低载体成本，尝试探索生物炭为载体构建SCR催化剂并取得了较好的效果，其中以松木为生物炭原料制得的催化剂脱硝效果为96.17%，稻壳对应的催化剂的脱硝效率为94.58%。另外，本项目还设计制备了新型干法脱硝剂，通过筛选富含氨基的有机单体进行聚合设计制备新型高分子促进剂，可以有效促进脱硝温度窗口向中温方向移动，该脱硝剂在565-600oC时，氮氧化物的脱除率可达95%。该成果已进入工业中试阶段，有望大规模工业推广。