燃煤电厂脱硝装置内多环芳烃的演化机制研究

作     者：林焙隆 

作者单位：浙江工商大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江博琼

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：脱硝装置 苯 多环芳烃 聚合演化 反应机理 

摘      要：有机物对环境和人类健康造成严重的危害,煤炭燃烧是大气中有机物的来源之一。虽然现代燃煤电厂在锅炉末端已安装烟气污染控制装置(APCDs)用于减少有害物质的排放,但是仍无法有效地彻底去除有机物污染。烟气中的有机物在经过选择催化还原脱硝装置(SCR)后可部分降解,但降解并不彻底,其中多环芳烃(PAHs)甚至还会出现浓度升高的现象,加剧了烟气的毒性。为了减少燃煤电厂带来的有机物污染,对SCR过程中有机物向PAHs演化机理的研究很有意义。本文在实验室模拟SCR脱硝装置,研究了苯在脱硝装置内的转化。根据产物分析结果,发现苯在脱硝单元内降解并不彻底,存在着向PAHs聚合的趋势,工况温度升高会促进PAHs生成。烟气中氧气含量的有利于苯的彻底降解、削弱其向PAHs聚合,但NO和NH存在时,苯向PAHs聚合的趋势愈加明显。结合原位漫反射傅里叶变换红外光谱(in situ DRIFTS)的研究结果,推演出脱硝装置内苯向PAHs聚合机制为:首先苯在脱硝装置内可与碳数为2的短链烃发生反应生成中间体A,接着在中间体A的基础上进一步的反应路径有两条,路径一为第二个短链烃加成到苯基自由基位点上生成中间体B,路径二为短链烃加成到中间体A支链的自由基位点上生成中间体C,最后中间体B和C都可以通过脱氢闭环反应生成萘。其中中间体C的支链可被夺取在SCR催化剂表面生成马来酸,从而削弱了苯向PAHs聚合。反应温度的升高会抑制苯的吸附及马来酸的生成,导致更多的中间体C参与路径二的反应,加剧了脱硝装置内苯向PAHs聚合。烟气组分(O,NO,NH)中,O含量的增大会促进在催化剂表面生成马来酸,阻止反应路径二,削弱苯向PAHs聚合;但NO和NH的存在会占据催化剂表面的氧化位点抑制了马来酸的生成,导致中间体C进一步反应生成萘,加剧了在脱硝装置内苯向PAHs聚合。根据工业SCR催化剂的表征结果,本文根据工业催化剂成分制备了不同活性组分催化剂,结合演化机制研究了其对苯转化的影响。苯在TiO上的转化率较低,且观察不到吸附中间产物,但是苯转化后有明显向PAHs聚合的趋势;负载了活性组分之后,在V/TiO、W/TiO和V-W/TiO作用下苯的转化率均较高,其中W/TiO存在时PAHs的生成最少。在催化剂表面生成的马来酸量影响了苯向PAHs的聚合,其中W/TiO表面生成的马来酸量最大,因此消耗了大量的中间体C,使其无法从反应路径二聚合为PAHs,W对PAHs聚合的削弱效果最为明显。