跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.201.97.0) 您好!臺灣時間:2024/04/17 22:47
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:呂沛陽
研究生(外文):Pei-Yang Lu
論文名稱:釩系SCR觸媒在不同擔體及載體之脫硝效率影響
論文名稱(外文):Research on Efficiency Enhancement in DeNOx with the Combination of Different Catalyst Supports with Vanadium-titanium SCR
指導教授:林淵淙
指導教授(外文):Yuan-Chung Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:SCR觸媒陶瓷纖維濾管硫酸氫銨脫硝釩鈦系觸媒
外文關鍵詞:SCR catalystCeramic filterAmmonium BisulfiteDeNOxV2O5/TiO2-based catalysts
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:119
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
摘要
在鍋爐廢氣治理及空氣污染控制技術上,觸媒之載體以及SCR觸媒的脫硝表現,都扮演著極為重要的角色,又陶瓷纖維交錯孔隙的特性,可輕易過濾微型粒狀污染物PM10、PM2.5,以及添加SCR觸媒增具脫除氮氧化物(NOX)、揮發性有機物(VOC)、戴奧辛等污染去除作用,使空氣品質達到環保與工業發展兼具的雙贏局面。
本研究以傳統SCR觸媒常以釩鈦觸媒作為基礎,將研究分為不同觸媒載體、不同市售釩鈦SCR觸媒、不同水氣環境模擬、不同溫度及流速以及毒化反應研究共六個方面去探討。在不同觸媒載體的測試上,嘗試以市售常見如沸石、蜂巢磚、陶瓷纖維管作為其觸媒之載具來進行測試,在相同測試條件下發現,以陶瓷纖維載體的樣本DeNOx效果最佳。而觸媒脫硝效率會隨著處理氣體的流速越快、水氣濃度升高,對觸媒活性遮蔽效果越明顯,經實驗結果顯示,當操作溫度225℃-250℃且煙氣不含有SO2時,1.66m/min以下流速以及20%以下水氣不易對此款V/SA-TiO2釩鈦觸媒產生負面影響。
其中以SO2做硫毒化測試,在含有水氣環境下,觸媒外表層上形成ABS(Ammonium Bisulfite)硫酸氫銨(銨鹽),其間接遮蔽了觸媒DeNOx效率及使其使用壽命降低,其透氣能力亦逐漸被遮蔽。而在本研究中發現,其實銨鹽並不與觸媒及陶瓷纖維進行氧化反應,生成後僅吸附在陶瓷纖維上,在溫度到達300-400℃後,可對銨鹽做熱裂解,活用此種可活化特性,觸媒陶瓷纖維濾管將有更多方式可應用。
Abstract
In the treatment of boiler exhaust gas and air pollution control technology, the denitrification performance of the supports carrying the catalyst as well as SCR catalyst plays an exceptionally crucial role. Furthermore, the interlaced pores of the ceramic fiber can effortlessly desorb micro-particle pollutants, such as Particulate Matter10 (PM10) as well as PM2.5, and the addition of SCR catalyst to facilitatively remove the pollutants which are Nitrogen Oxides (NOx), Volatile organic compounds (VOCs), and Dioxin, making air quality to achieve a win-win situation for environmental protection and industrial development.
This research chiefly takes vanadium-titanium catalysts, which is traditional SCR catalysts, as a basis and is divided into 6 aspects to discuss: (1) distinct catalyst carriers, (2) different commercially available vanadium-titanium SCR catalysts, (3) dissimilar simulations of water vapor environment, (4) different temperatures, (5) flow rates, and (6) poisoning reaction. In the test of different catalyst carriers, the researcher selected Zeolite, monolithic catalyst, ceramic filter tube for testing. Under the corresponding test conditions, the sample with ceramic filter tube was proved to have the best effect. The denitrification efficiency obviously influences the shielding effect on the catalyst activity as the flow rate of the treatment gas increases and the concentration of water vapor increases. The experimental results exhibit that when the operating temperature reaches to 225-250℃ as well as the flue gas does not contain SO2, the flow rate of less than 1.66 m/min as well as the water vapor of less than 20% hardly make a negative impact on this kind of V/SA-TiO2 vanadium-titanium catalyst.
Moreover, Sulphur Dioxide (SO2) is utilized for sulfur poisoning tests. In the context of the water vapor environment, the catalyst transformed to Ammonium Bisulfate (NH4)2SO4 or so-called Ammonia Bisulfide (ABS) on the outer surface which indirectly shields the efficiency in DeNOX, reduces the service life, and gradually encloses its air permeability. In this research, ABS was found to have no oxidizing reaction with the ceramic filter but solely adheres to the ceramic filter when ABS was formed. Once the temperature reached 300-400 °C, the ABS can undergo thermal cracking on ceramic filter. That is, if this activation scheme can be flexibly adopted and further researched, the catalytic ceramic filter tube will have various ways of applications.
目錄
學位論文審定書 i
論文公開授權書 ii
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vii
圖目錄 xi
表目錄 xiv
第一章 前言 1
1-1 研究緣起 1
1-2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2-1 空氣污染由來 3
2-2 酸性氣體 5
2-3 總懸浮微粒Total Suspended Particulate (TSP) 6
2-4 懸浮微粒(粉塵)處理 7
2-5 氮氧化物NOX 8
2-6 氮氧化物處理 9
2-7 硫氧化物SOX 10
2-8 硫氧化物的處理 11
2-9 觸媒載體 12
2-9-1 蜂巢式觸媒磚 12
2-9-2 沸石 13
2-9-3 濾布袋式 13
2-9-4 陶瓷纖維濾管 14
2-9-5 觸媒陶瓷纖維濾管 15
2-10 傳統處理技術與觸媒陶瓷濾管處理系統比較 16
2-11 選擇性觸媒還原法-SCR: 18
2-12 SCR脫硝反應原理: 19
2-13 觸媒毒化現象 20
2-14 SCR觸媒(催化劑)觸媒擔體的化學性質探討 21
2-15 二氧化鈦TiO2 23
2-16 五氧化二釩V2O5 23
2-17 常見觸媒合成方式 24
2-18 共沉澱法 25
2-19 含浸法(Impregnation method ) 26
2-20 空間流速 26
第三章 研究方法與步驟 28
3-1實驗前置準備工作 28
3-1-1研究流程設計 28
3-1-2實驗樣本處理流程 30
3-1-3 NDIR測試流程 32
3-1-4 觸媒毒化測試流程 34
3-2 實驗使用之藥品與材料介紹 35
3-3實驗設備介紹 36
3-3-1 非分散式紅光譜分析儀NDIR-(Non-Dispersion Infrared analyzer) 36
3-3-2 各式氣體壓力鋼瓶 37
3-3-3 MFC(Mass Flow Controllers)與人機介面 37
3-3-4 電氣高溫爐 38
3-3-5 管狀高溫反應器 39
3-3-6 電磁加熱攪拌器 40
3-3-7 ESEM環境掃描式電子顯微鏡 40
3-3-8 數位光學顯微鏡VHX-7000 41
第四章 結果與討論 42
4-1 不同鈦擔體釩系SCR觸媒DeNOx效率比較 43
4-2 不同觸媒載體結合SCR觸媒DeNOx效率比較 44
4-3數位光學顯微鏡載體外觀分析 45
4-4 以ESEM分析觸媒陶瓷纖維濾管 48
4-5 二氧化鈦BET比較 51
4-6 流速與觸媒效率影響比較 52
4-7 水氣濃度對觸媒轉換效率影響 53
4-8 水氣0%時SO2對SCR觸媒DeNOx效率影響 56
4-9 水氣10%時SO2對SCR觸媒DeNOx效率影響 58
4-10 SO2對SCR觸媒毒化與熱活化測試 60
4-11 不同溫度對SCR觸媒毒化後DeNOx效率影響分析 63
4-12 SCR觸媒對SO2之吸附測試 65
第五章 結論與建議 67
5-1結論 67
5-2建議 68
參考文獻 69
附件、相關測試紀錄 73


圖目錄
圖2-1 蜂巢磚外觀 12
圖2-2 沸石球外觀 13
圖2-3 濾布袋示意圖 13
圖2-4 陶瓷纖維濾管 14
圖2-5 觸媒陶瓷濾管 15
圖2-6 傳統焚化系統處理技術 16
圖2-7 觸媒陶瓷濾管焚化系統處理技術 17
圖2-8 共沉澱法製作觸媒液示意圖 25
圖2-9 空間流速計算方式 27
圖3-1 研究流程圖 29
圖3-2實驗樣本準備SOP 31
圖3-3 鋼瓶氣體濃度混合計算範例 32
圖3-4 NDIR分析測試SOP 33
圖3-5 SO2觸媒毒化測試SOP 34
圖3-6 非分散式紅光譜分析儀NDIR 36
圖3-7 各式氣體壓力鋼瓶 37
圖3-8 人機操作介面系統 37
圖3-9 電氣高溫爐 38
圖3-10 管狀高溫反應器與石英管示意圖 39
圖3-11 電磁加熱攪拌器(DPC-420D) 40
圖3-12 ESEM環境掃瞄式電子顯微鏡 41
圖3-13 數位光學顯微鏡VHX-7000 41
圖4-1 不同鈦擔體釩系SCR觸媒DeNOx效率比較 43
圖4-2 不同觸媒載體結合釩系SCR觸媒DeNOx效率比較 44
圖4-3 正常蜂巢磚(左)、觸媒蜂巢磚(右) 45
圖4-4 煙氣通過觸媒蜂巢磚模擬路徑示意圖 45
圖4-5 陶瓷纖維-光學顯微鏡100X拍攝 46
圖4-6 陶瓷纖維-光學顯微鏡800X拍攝 46
圖4-7 觸媒陶瓷纖維濾管-光學顯微鏡700X拍攝 47
圖4-8 煙氣通過觸媒陶瓷纖維管模擬路徑示意圖 47
圖4-9 觸媒陶瓷濾管剖面照片 48
圖4-10 以環境掃瞄式電子顯微鏡分析陶瓷纖維 49
圖4-11 以環境掃瞄式電子顯微鏡分析觸媒陶瓷纖維管 50
圖4-12 以比表面積分析儀分析觸媒擔體比表面積 51
圖4-13 不同溫度對觸媒轉換效率之影響 52
圖4-14 流速0.33 m/min不同水氣濃度對觸媒轉換效率之影響 53
圖4-15 流速0.66 m/min不同水氣濃度對觸媒轉換效率之影響 54
圖4-16 流速1.0 m/min不同水氣濃度對觸媒轉換效率之影響 54
圖4-17 流速1.33 m/min不同水氣濃度對觸媒轉換效率之影響 55
圖4-18 流速1.66 m/min不同水氣濃度對觸媒轉換效率之影響 55
圖4-19 無水氣下SO2毒化測式對觸媒轉換效率之影響 57
圖4-20 水氣10%SO2毒化測式對觸媒轉換效率之影響 59
圖4-21 毒化測試-觸媒硫毒化與熱活化測試 60
圖4-22 毒化測試-實驗開始前所安裝SCR觸媒樣本 61
圖4-23 毒化測試-實驗後管線殘留之銨鹽 61
圖4-24 毒化測試-實驗硫毒化後的SCR觸媒樣本 61
圖4-25 毒化測試-250℃熱活化60hr樣本外觀 62
圖4-26 毒化測試-實驗後前後石英管線所殘留焦油 62
圖4-27 毒化測試-350℃熱活化2小時樣本外觀 62
圖4-28 不同溫度對SCR觸媒毒化後DeNOx效率影響分析 64
圖4-29 以25ppmSO2曝露有觸媒及無觸媒陶瓷纖維濾管 65
圖4-30 以100 ppm SO2曝露觸媒陶瓷纖維濾管 66


表目錄
表1-1 台灣固定污染源空氣污染物排放標準比較表 2
表2-1 台灣空氣品質標準法規 4
表2-2 常見酸性氣體特性比較 5
表2-3 懸浮微粒對人體影響整理 6
表2-4常見粒狀污染物防治設備比較 7
表2- 5 常見的氮氧化物處理方式 9
表2-6 脫硫控制技術比較 11
表2-7 濾布袋與陶瓷纖維濾管比較 14
表2-8 觸媒硫毒化物質 20
表2-9 SCR觸媒發展史 21
表2-10 市售常見SCR觸媒比較表 22
表2-11 常見市售觸媒擔體的物理化學特性 23
表2-12 常見觸媒製作方式比較 24
表3-1 實驗材料藥品與耗材 35
參考文獻
Bartholomew, C. H. (2001). Mechanisms of catalyst deactivation. Applied Catalysis A: General, 212(1-2), 17-60.
Boer, F. P., Hegedus, L. L., Gouker, T. R., & Zak, K. P. (1990). Controlling power plant NO sub x emissions. CHEMTECH;(USA), 20(5).
Carpenter, A. M. (2013). Advances in multi-pollutant control. IEA Clean Coal Centre, 11.
Chen, C., Cao, Y., Liu, S., Chen, J., & Jia, W. (2018). Review on the latest developments in modified vanadium-titanium-based SCR catalysts. Chinese Journal of Catalysis, 39(8), 1347-1365.
Chew, V. (2016). Singapore green plan. Singap. Infopedia.
DONG, G. J., ZHANG, Y. F., Yuan, Z. H. A. O., & Yang, B. A. I. (2014). Effect of the pH value of precursor solution on the catalytic performance of V2O5-WO3/TiO2 in the low temperature NH3-SCR of NOx. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 42(12), 1455-1463.
Fogler, H. S., & Fogler, S. H. (1999). Elements of chemical reaction engineering. Pearson Educación.
Forzatti, P., & Lietti, L. (1999). Catalyst deactivation. Catalysis today, 52(2-3), 165-181.
Goodhead, T. O., Abowei, M. F. N., & Ukpaka, C. P. (2021). Isothermal CSTR Heat Exchanger Rating Models for Acetic Acid Production using Homogeneous Catalysed Reaction. International Journal of Thermodynamics and Chemical Kinetics, 7(1), 14-28.
Heidenreich, S. (2013). Hot gas filtration–A review. Fuel, 104, 83-94.
Hjalmarsson, A. K. (1990). NOx control technologies for coal combustion.
Matsuda, S., & Kato, A. (1983). Titanium oxide based catalysts-a review. Applied Catalysis, 8(2), 149-165.
Smirniotis, P. G., Peña, D. A., & Uphade, B. S. (2001). Low‐temperature selective catalytic reduction (SCR) of NO with NH3 by using Mn, Cr, and Cu oxides supported on Hombikat TiO2. Angewandte Chemie International Edition, 40(13), 2479-2482.
Startin, A., & Elliott, G. (2009). Controlling emissions with ceramic filters: ceramic filters are well suited for high-temperature processes that are subject to strict emissions limits, including those for dioxins. Chemical Engineering, 116(1), 35-40.
Tan, Z., Niu, G., Qi, Q., Zhou, M., Wu, B., & Yao, W. (2020). Ultralow emission of dust, SOx, HCl, and NOx using a ceramic catalytic filter tube. Energy & Fuels, 34(4), 4173-4182..
王芙蓉、關建鬱,2003,吸附法煙氣脫硫Desulfurization of Flue Gas by Adsorption Technology,環境工程學報,4(3),72–76。
王景良、林明賢,2017,觸媒陶瓷纖維濾管在空氣污染防制上的應用,工業污染防治,140,65–80。
何文深、陳建軍、鄭佐東,2011,SCR蜂窩式脫硝催化劑抗磨損性能研究,電力科技與環保,27(5),10–12。
吳侯諭,2004,兩段式氮氧化物洗滌吸收系統NO氧化段之模廠研究,淡江大學水資源及環境工程學系碩士論文。
李文智,2006,以沸石擔持金屬氧化物製備吸附劑以進行磷化氫氣體吸附之研究,國立交通大學環境工程系所碩士論文。
林建平,2012,改質SCR觸媒以應用於同時去除戴奧辛與NOx之研究,國立中央大學環境工程研究所碩士論文。
林家欣,2003,釩鈦觸媒孔隙擴散限制及表面酸性之研究,國立交通大學環境工程所博士論文。
林桂芬,2005,溶膠凝膠法製備高比表面積二氧化鈦光觸媒及其性質分析,國立臺北科技大學有機高分子研究所碩士論文。
林韡紘,2009,都市固體廢棄物焚化爐酸性氣體處理成效探討,國立中央大學環境工程研究所碩士論文。
范芸珠、曹發海,2011,硫酸銨熱分解反應動力學研究,高校化學工程學報25(2),341-346。
孫培恩,2014,選擇性非觸媒還原法於一氧化碳鍋爐脫硝過程應用之數值解析,國立虎尾科技大學航空與電子科技研究所碩士論文。
徐瑋廷,2015,以釩鈦SCR觸媒轉換元素汞及去除NO與Dioxin之效率探討,國立中央大學環境工程研究所碩士論文。
秦坦賢、施明源,2021,選擇性觸媒脫硝系統在鍋爐煙氣低溫環境之應用展望,中興工程,(152),49-58。
張文權,2016,中小型燃煤鍋爐粒狀污染物、硫氧化物及氮氧化物經串聯控制設備後之去除效率探討研究-以桃園市為例,國立中央大學環境工程研究所碩士論文。
張克平,2021,鋼鐵廠排放細懸浮微粒及金屬元素的特徵及人體肺部中粒狀物之沉積模擬,國立成功大學環境工程學系博士論文。
陳亭穆,2010,摻雜過渡金屬之觸媒在光催化及加氫脫硫反應促進效應之研究,國立清華大學化學工程學系博士論文。
陳逸菁,2019,以觸媒結合沸石吸附系統去除VOCs之探討,國立交通大學工學院產業安全與防災學程碩士論文。
楊家正,2006,釩鈦觸媒催化分解氣相戴奧辛之研究,國立中央大學環境工程研究所碩士論文。
楊脩生,2002,具再分散性之奈米級氧化鋯結晶粒子之合成研究,國立中央大學化學工程與材料工程研究所碩士論文。
廖柏治,2019,陶瓷纖維擔載觸媒進行SCR脫硝之觸媒特性分析與效能測試研究, 國立中興大學環境工程系研究所碩士論文。
劉孟芷,2020,陶瓷纖維擔載觸媒之中低溫SCR脫硝性能與SO2毒化影響研究,國立中興大學環境工程系研究所碩士論文。
劉思妤,2013,以奈米鈦管及二氧化鈦為擔體製備低溫SCR觸媒處理NOx之SO2毒化影響研究,國立交通大學環境工程系所碩士論文。
鄭福田,2011,酸雨與空氣污染管制,永續(析)090-004號。
經濟部工業局,1994,氣狀污染物控制設備之評估與選用。
經濟部工業局,2002,總量管制空氣污染削減技術(上)。
經濟部工業局,2002,總量管制空氣污染削減技術(下)。
經濟部工業局,1994,粒狀污染物控制設備之評估與選用,行政院環保署空氣品質保護及噪音管制處-環境工程會刊。
羅玉雲,2005,以靜電集塵裝置及濾袋室集塵裝置處理紙錢焚燒排氣之研究,國立中山大學環境工程研究所碩士論文。
電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20270127)
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
無相關期刊