复杂气氛环境下金属氧化物高温催化脱除HCN的机理研究

HCN是在煤气化及许多化工生产过程中产生的剧毒有害气体，也是燃煤NOx生成的主要前驱物。目前基本上是将烟气降温再进行HCN低温脱除，由此导致物理显热损失，能源利用效率降低，而高温脱除HCN研究还不成熟且脱除效果有限。本项目基于申请人实验发现的CaO在高温下通过催化作用促使HCN近100%转化成氮气的结果，进一步提出了研究不同金属氧化物作为催化剂在高温下对HCN高效、低成本脱除并实现HCN绿色无污染转化的思路。本研究将模拟HCN实际产生工艺中的复杂气氛，试验探索不同金属氧化物对HCN高温催化脱除效果和机理，优化得到高效脱除HCN的最佳反应条件，追踪HCN转化后N原子在气相及固相中的赋存形态，进行反应前后氮平衡计算，获得HCN在不同固相物质表面的吸附动力学参数，最终建立金属氧化物催化脱除HCN的异相反应动力学模型。本研究将为发展一种高温、高效、低成本的HCN绿色转化工艺提供理论基础。

HCN是煤热化学加工后的剧毒副产品，又是燃煤氮氧化物的前驱产物，本项目对复杂气氛下利用金属氧化物和活性碳等对氰化氢及氮氧化物的脱除机理进行了深入研究，主要取得了以下成果：.1. 初步研究了高温下金属氧化物对氰化氢的脱除作用，结果表明：①体积空速10000h-1 时，当T＞800℃，CaO 促使HCN 中的N 元素全部转化为N2；当T＞850℃，MgO 促使HCN 中的N元素全部转化为N2。②Fe2O3 则可将大部分HCN 中的N转化为NO。③Al2O3不与气相HCN组分发生反应。.2. Ca(OH)2、CaCO3、CaO、Fe2O3、Fe3O4以及生物质灰脱除HCN试验表明：①在体积空速为10000h-1，HCN浓度为500ppm的条件下，Ca(OH)2、CaCO3和CaO 在温度T>900℃时才能够完全脱除HCN；Fe2O3在T>500℃，Fe3O4在T>600℃时，即能够完全脱除HCN。②Ca(OH)2将HCN中的N转化为CaCN2、NH3和NO；CaCO3将HCN中的N 转化为CaCN2和NH3；CaO体现为催化作用。③Fe2O3和Fe3O4与HCN反应生成氰化铁络合物，同时Fe2O3将HCN中的部分N转化为NH3和NO，Fe3O4将HCN中的部分N转化为NH3。④生物质灰中含有大量的CaO、MgO及Fe2O3，在高温下能够脱除一部分HCN。.3.金属化合物添加后，焦炭还原NO的温度降低；金属化合物催化能力比较如下：KOH~NaOH> Fe2O3 >Ca(OH)2>Mg(OH)2；反应活化能随着金属化合物含量的增加而降低，降低的程度与金属化合物的种类以及含量有关。.4.活性碳吸附氰化氢的最佳温度约为100oC。烟气中NO改善了HCN在活性碳表面的吸附特性，但SO2和O2则抑制了HCN的吸附特性。NaOH和H2O2对活性碳进行改性处理后可显著的增强活性碳吸附HCN的能力，而HCl则相反。MgCl2和CaCl2浓度分别为2%和5%时，HCN在处理后的吸附能力最强。.5. 建立了含氰化氢等氮组份的详细反应机理模型(55组份-382步)，发展得到了32组份-179步的骨架机理和25组份-21步的简化机理，该骨架机理和简化机理可广泛应用于预测HCN与NH3的转化， NO和N2O的减少在燃烧过程。