海水烟气脱硫吸收塔用结构化催化填料的制备及其脱硫机理的研究

海水烟气脱硫工艺近年来在沿海燃用中低硫煤的电厂中得以推广应用。针对该工艺中存在的总脱硫效率有待提高，处理高硫烟气时海水用量大等的问题，本项目拟制备用于海水脱硫吸收塔的高效结构化"催化填料"，即采用高比表面积、耐腐蚀的陶瓷规整填料为基底，在其表面负载改性沸石或锚定的Mn、Fe、Cu、Co等氧化物作为SO2催化氧化活性组分，制备"陶瓷-沸石"或"陶瓷-金属氧化物"催化填料，利用改性沸石对SO2的强吸附特性，或金属氧化物在载体上的高分散性，提高SO2在催化填料表面的催化转化频率。系统研究海水缓冲体系中填料上催化层的结构、表面性质对SO2的吸附态和氧化过程的影响。通过合理装填优选的结构化催化填料来提高在吸收塔下段低pH条件下SO2的脱除率，从而提高总脱硫效率，增加海水脱硫工艺适用于高硫烟气的可行性。本项目为海水脱硫过程的强化提供实验基础和理论依据。

海水烟气脱硫工艺是利用海水的天然碱度对烟气中的SO2进行洗脱、并对吸收塔酸性排水进行中和的过程，是海水直接利用的一个重要领域。针对该工艺中存在的总脱硫效率有待提高，处理高硫烟气时海水用量大等的问题，通过向海水烟气脱硫吸收塔用填料表面负载过渡金属氧化物催化剂的方法对脱硫过程进行优化。使在吸收塔下段低温低pH值的条件下催化填料仍能保持较高的SO2脱除率。.分别采用浸渍沉淀法和等体积浸渍法制备出“陶瓷负载MnO2、陶瓷负载Fe2O3、Fe改性斜发沸石、Mn-Fe改性斜发沸石”两大类海水烟气脱硫吸收塔用高效结构化催化剂。考察使用不同的载体类型、活性相前驱体类型、负载方法、焙烧温度等制备条件对催化填料的表面物相组成、孔道结构、SO2吸附性能等性质的影响。采用SEM-EDS、TEM、XPS、XRD、N2-物理吸附、SO2-TPD、H2-TPR化学吸附及表面反应等分析测试方法对高效结构化催化填料进行表征，进一步研究催化填料的物化性质与其脱硫活性的构效关系。.在实验室小型固定床积分反应器上系统考察温度、入塔海水烟气液气比、SO2浓度、O2含量等反应条件对催化填料脱硫活性的影响。应用不同的动力学模型分别对陶瓷与天然沸石载体及其负载锰铁氧化制备的催化填料的表观反应动力学进行计算，结合催化填料结构表征结果和活性评价结果，分析催化剂存在条件下海水吸收烟气中SO2的脱除机理。主要结论如下：.使用陶瓷作为载体的催化剂中，通过XPS可确定其负载成分分别为Fe2O3和MnO2。溶胶凝胶法制备的陶瓷负载氧化铁催化剂比负载氧化锰的催化剂具有更好的催化活性，使用该法负载的氧化铁具有较高的负载量与较好的分散度。使用陶瓷负载氧化铁催化剂时，在70℃时脱硫活性最高可达43.45%。经过浸渍法和沉淀法负载单一铁锰氧化物后的沸石催化剂的脱硫活性均有提高，但其对S(IV)的氧化性能没有明显改善。而锰铁共浸渍改性后的沸石催化剂对脱硫率和S(IV)氧化率都有明显提高。.对350-Fe-Clin在液相中催化评价结果发现，在pH为6左右时，S(IV)的氧化主要是非催化氧化，当pH值降低时，非催化氧化速率也降低。pH值降至3以下时，改性沸石催化剂的催化氧化作用逐渐明显。浸渍铁改性沸石催化剂模拟烟气中对O2的吸附强度高于SO2，SO2的脱附活化能为19.85kJ/mol。脱硫反应受外扩散控制。