低温等离子体协同CuOγ―Al2O3联合脱硝研究

1、https:/低温等离子体协同低温等离子体协同 CuO/ Al2O3 联合脱硝研究联合脱硝研究摘 要：利用自行设计搭建的实验平台与所配置的 CuO/Al2O3 催化剂，研究测试了仅采用不同功率、不同温度下低温等离子体 NO 脱除效率，等离子体和催化剂协同作用下的脱硝效率，并对三者进行对比，发现仅采用等离子体时脱硝效率随温度变化不大，等离子体和催化剂协同作用下，NO 的脱除效率受温度和功率变化的影响，呈现出逐步升高的趋势，并在 300，35W 下达到最大脱硝效率。结果表明，等离子体和 CuO/Al2O3 催化剂的协同作用能提高其单一作用时的脱硝效率，并受温度和功率影响，是一种提高电厂中脱硝效率的

2、有效方法。关键词：脱硝效率； 等离子体； 协同作用1 引言NOx 可以与空气中的水发生化学反应生成污染性物质硝酸，进而形成酸雨，对环境和人体健康等许多方面造成严重的危害。因此，治理污染性气体NOx 是改善人类的生存环境并需要进行深入研究的课题3-6。近年来，国内外利用 CuO 负载在-Al2O3 载体上制得的脱硝催化剂作为同时脱除 SO2 和 NOx 的表现性能良好的催化剂得到广泛关注。这种脱硝催化剂利用负载于载体-Al2O3 上的 CuO 物质与燃煤机组烟气中的 SO2 和 O2 发生化学反应生成 CuSO4 来达到脱除二氧化硫的目的。在烟气中存在 NH3 和 O2 的前提下，CuO 、Cu

3、SO4 又可以作为催化氮氧化物的还原剂。当脱硝催化剂中吸收 SO2 达到一定程度时，可利用还原性气体 CH4、H2 将脱硝催化剂还原再生，得到反应产物的 Cu 和 SO2，产生的 SO2经过一定的处理可以产生硫酸硫磺等物质用来工业生产，Cu 与烟气中 O2 又可生成还原剂 CuO 继续发生催化还原反应。该方法既避免了传统的湿法脱硫中遇到的种种困难，又不是单一脱硫处理与脱硝处理的简单结合。与其他脱硫脱硝方式相比，以 CuO 为还原剂的脱硫脱硝催化剂在氮氧化物和硫氧化物方面已体现出其成本方面的独特优势。与其他催化剂相比，CuO/-Al2O3 有其自身的优势：原料为铜的化合物，同已得到广泛工业应用的

4、钒基催化剂相比原料中没有重金属，不仅减少了成本费用，而且减少了对环境的破坏，避免了催化剂对环境所产生的二次污染，同时可以生成工业所需的硫酸硫磺等物质用以回收利用。低温等离子体技术用于处理污染物具有处理效果好、应用范围广、能同时处理大气中多种污染物和净化彻底等优点，利用低温等离子体技术处理废气以及机动车尾气成为近来研究的热点7-9。利用气体放电等离子脱硫脱硝是一种颇具发展前途和应用前途的干法烟气脱硫脱硝新方式。为了研究低温等离子体协同催化剂脱除 NO 的效率，利用自主搭建的实验https:/平台（见图 1）对该方法进行性能测试。2 实验部分2.1 催化剂的配置为了方便测试实验室自制催化剂的性能，

5、本实验中测试的催化剂为粉末状。目前，催化剂的制备方法有很多，常见的有浸渍法制备、沉淀法制备、物理混合法制备以及离子混合法制备催化剂。2.2 催化剂活性试验台（2）实验平台的设计与搭建。（3）SCR 预热段。电厂实际投入应用的催化剂发生催化还原反应的的反应温度为较高，为了更加准确的模拟燃煤机组的 SCR 脱硝反应，首先将反应的气体进行预热反应来加热气体，使烟气更加接近反应所需的温度。（4）烟气分析仪器。采用德国 MRU 烟气分析仪对脱硝催化剂的的反应结果进行分析测试，可以对反应物中的 NO，NO2 和 SO2，NH3 等需要测量的化学物质进行准确测量。2.3 实验步骤（1）首先将各设备如图 1

6、所示用橡胶管连接好，各管路接头处用生胶带和硅胶密封，检测流程的气密性；（2）打开 N2 钢瓶，NO 钢瓶和 O2 钢瓶，按照预先配制好的流量开阀，待混合器中的空气排出后，预混合均匀；（3）用烟气分析仪测量入口处 NO 的即时浓度，待气流稳定后，可进行实验操作；（4）不加入催化剂，打开 Plasma 发生器，在保持 NO 进口浓度不变的情况下，用管式炉加热反应气体，测量不同功率不同温度下对 NO 脱除率的影响；（5）向反应器中加入研磨好的 CuO/Al2O3 催化剂，保持 NO 进口浓度不变，用管式炉加热反应气体，测量在协同等离子体情况下不同温度对 NO 脱除及 NO2 生成的影响。3 实验结果

7、和讨论3.1 不同功率催化剂对脱硝率的影响本实验就温度保持在室温，NO 进口浓度 500ppm，以 N2 作载气，常压下考察在不同放电功率时等离子体反应器对 NO 的脱除效率的影响。根据测出的https:/NO 进出浓度，计算得出 NO 的转化率，作出 NO 转化率随温度变化的折线图如图 2 所示。从图中可以看出，在温度一样的情况下，随着功率的提高，NO 脱除率呈现出先升高后降低的趋势，在功率为 35W 时反应器的 NO 脱除率最高，为 59%左右。这是由于随着功率的增大，反应器的放电能力增强，在高电压的作用下产生了更多的活性粒子，促进了 NO 与活性粒子发生反应，因此在反应的开始阶段 NO

8、脱除率降低。当功率增大到一定程度时，产生的活性粒子数量过多，阻碍了 NO 与活性粒子的接触，所以导致 NO 脱除率呈现先增大后减小的趋势。3.2 不同温度对脱硝率的影响本实验就放电功率保持在 35W，NO 进口浓度 500ppm，以 N2 作载气，常压下考察在不同温度时等离子体反应器对 NO 的脱除效率的影响。根据测出的NO 进出浓度，计算得出 NO 的转化率，作出 NO 转化率随温度变化的折线图如图 3 所示。从图中可以看出，当放电功率保持不变时，随着温度的升高，反应器的 NO脱除率基本保持不变，维持在 55%左右。这是由于在高电压下，活性粒子的产生主要受功率的影响，温度的改变不能使反应的程

9、度发生改变。因此提高温度对反应器的 NO 脱除率影响作用不明显。3.3 低温等离子体与催化剂协同作用对脱硝率的影响本实验就放电功率保持在 35W，NO 进口浓度 500ppm，以 N2 作载气，常压下考察在不同温度时有无催化剂对 NO 的脱除效率的影响。根据测出的 NO进出浓度，计算得出 NO 的转化率，作出 NO 转化率随温度变化的折线图如图 4所示。从图中可以得出，在没有催化剂时，NO 脱除率基本保持不变，维持在55%左右。当加入 CuO/Al2O3 催化剂后，随着温度的升高，NO 脱除率呈现逐步升高的趋势，当温度达到 300时，反应器的 NO 脱除率稳定在 95%左右。一方面由于在 CuO/Al2O3 催化剂加入时，增加了 NO 在反应器中的停留时间，促使反应器的 NO 脱