低SO_(2)氧化率钒钛基选择性催化还原脱硝催化剂研究进展

选择性催化还原(SCR)脱硝技术是目前烟气氮氧化物控制最主流的技术。商用SCR催化剂主要由V 2O 5-WO_(3)(MoO_(3))/TiO_(2)组成,其中V 2 O 5不仅对烟气中的氮氧化物有催化还原作用,同时也能促进SO_(2)的氧化,导致硫酸铵盐的生成,进而造成催化剂孔道堵塞,活性位点减少,使催化剂活性降低,脱硝效率下降。基于此,主要探讨了钒钛基SCR催化剂对SO_(2)的氧化机理及其研究进展,总结了国内外降低钒钛基SCR催化剂SO_(2)氧化率的一些主要措施,并对此进行了分析和讨论。

In/H-SSZ-13催化剂用于甲烷选择性催化还原NO_(x)反应的研究

采用浸渍法制备了不同比例In改性的In/H-SSZ-13催化剂.通过催化剂活性评价系统研究了In改性比例对In/H-SSZ-13催化剂NO_(x)转化率的影响,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术对In/H-SSZ-13催化剂的物理化学特性进行了深入分析.研究结果表明,添加In能够明显提高H-SSZ-13的CH_(4)-SCR反应催化活性,其中,15%In/H-SSZ-13催化剂的CH_(4)-SCR反应活性最佳,其最大NO_(x)转化率在550℃可达87.32%.尽管In比例的增加对H-SSZ-13的CHA结构没有明显影响,但催化剂表面的In_(2)O_(3)物种明显增加,并逐渐形成团簇.In在In/H-SSZ-13催化剂中以In O^(+)和In_(2)O_(3)两种赋形状态存在,In O^(+)是CH_(4)-SCR反应的主要活性中心,In_(2)O_(3)对NO_(x)转化没有明显作用,但在高温阶段会促进CH_(4)的氧化反应.

铈基催化剂用于CO选择性催化还原NO_(x)的研究进展

CO选择性催化还原NO_(x)技术(CO-SCR)是利用烟气中CO作为还原剂,将NO_(x)还原为N_(2);与目前普遍应用的氨选择性催化脱硝(NH_(3)-SCR)相比,避免了氨还原剂的使用及逃逸等问题,且同时脱除CO和NO_(x)大气污染物,极具应用潜力。稀土金属铈氧化物因其优异的氧传递能力,可作为载体或助催化剂有效提高COSCR催化反应性能。本文系统比较以氧化铈(CeO_(2))作为载体和活性组分的两大类催化剂体系的CO-SCR脱硝性能,探讨烟气成分(O_(2)、SO_(2)和H_(2)O)对铈基催化剂CO-SCR活性的影响,揭示了催化剂的构效关系;并且归纳总结了铈基催化剂上CO-SCR可能的反应机理。可通过载体改性、活性金属掺杂、形貌调控、制备条件优化等手段,开发具有较宽反应温度区间及抗氧抗硫性能的铈基CO-SCR脱硝催化剂。

船舶尾气选择性催化还原脱硝中试平台的设计与应用

目前船舶尾气已成为我国除燃煤电厂、工业源和机动车之外的主要大气污染源,其污染防治也是全社会关注的热点。针对船舶尾气中的主要污染物氮氧化物(NO_(x)),设计了一套基于选择性催化还原方法的船舶柴油机尾气脱硝中试平台。该平台由船舶柴油机、催化剂模块、还原剂供给系统和尾气检测模块等四部分构成,可开展船舶柴油机不同工况下的排放特性测试、还原剂供给与混合和氮氧化物脱除等教学与探索性实验。该平台有助于船舶与海洋工程专业的学生在船舶大气污染减排的国家政策背景下,强化对船舶主推进动力装置、燃烧学、流体力学和环境催化等专业课的理解,掌握船舶尾气减排领域的系统设计与优化方法,培养其解决复杂工程问题的实践能力和创新意识。

选择性催化还原系统尿素分解研究进展

选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)技术是降低柴油机氮氧化物(NO_(x))排放的有效手段,而在柴油机urea-SCR系统中,尿素分解在NO_(x)还原过程中起着重要作用。阐述了尿素分解的研究现状,重点讨论了副产物的反应路径和反应温度。分析了催化剂对尿素分解的催化作用,总结了减少沉积物的4种措施。提出了未来技术改进的3个方向:研究实际工况下的详细反应机理;使用详细分解机理进行数值模拟同时降低时间成本;使用催化剂提高中间体的反应速率。

Fe改性分子筛催化剂CH_(4)选择性催化还原N_(2)O

针对N_(2)O的CH_(4)选择性催化还原(CH_(4)-SCR),采用浸渍法制备了系列Fe改性分子筛(BEA、ZSM-5、SSZ-13)催化剂。实验结果表明:2%Fe-BEA(负载量2%(w))具有较高的催化活性,在进气(N_(2)O 40%(φ,下同),CH_(4)10%,N250%)总流量为50 mL/min、反应器气时空速为12000 h^(–1)的条件下,250℃时的N_(2)O转化率达99.5%,CH_(4)转化率达94.6%;反应器连续运行20 h,N_(2)O转化率基本保持不变,CH_(4)转化率仅略有下降。表征结果显示,2%Fe-BEA较高的催化活性与其易形成大量离子态Fe^(3+)活性物种密切相关,而2%Fe-SSZ-13更易形成大量FeOx物种,故在3种分子筛催化剂中催化活性最低。2%Fe-BEA上N_(2)O的CH_(4)-SCR遵循自由基反应机理,形成羟基自由基和甲氧基自由基,并可经进一步氧化,通过甲酸盐路径生成CO_(2)和H2O。

金属/分子筛催化剂上甲烷选择性催化还原氮氧化物研究进展

CH_(4)选择性催化还原氮氧化物(CH_(4)-SCR)是一种潜在的新型脱硝技术。综述了近10年来CH_(4)-SCR脱除NOx体系中不同金属/分子筛催化剂及反应机理方面的研究进展,包括对催化剂反应活性位点、关键活性中间体和反应动力学的新认识,以及分子筛类型、负载金属类型和反应条件等关键因素对CH_(4)-SCR催化性能的影响,并提出了金属/分子筛类催化剂用于CH_(4)-SCR反应的研究展望。

基于选择性催化还原法的火电厂烟气脱硝技术

为了降低火电厂烟气中的氮氧化物含量,减少环境污染,提出基于选择性催化还原法的火电厂烟气脱硝技术。首先,以TiO_(2)为催化剂,以氨水作为还原剂,设计选择性催化还原反应器。然后,在设计反应器时,为提高脱硝效率,提高烟气与还原剂的接触面积和混合均匀性,设置喷射混合器、气流控制装置。最后,启动脱硝过程,将还原剂喷射到烟气中,在催化剂的作用下将烟气中的NO_(x)转化为氮气和水蒸气,达到火电厂烟气脱硝目的。实验结果表明,在火电厂烟气脱硝中,选择性催化还原法的脱硝率更高,说明该方法具有可行性。

Cu/Hβ催化剂NH_(3)选择性催化还原NO性能研究

采用浸渍法制备了以Hβ分子筛为载体的负载氧化铜催化剂,考察了Cu负载量对催化剂NH3选择性催化还原NO反应(NH3-SCR)性能的影响,通过XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD、NO-TPD、H2-TPR、EDS和XPS等表征技术研究了催化剂的物理化学性质和SO_(2)存在条件下催化剂活性降低的原因。结果表明,反应气体不含SO_(2),Cu负载量为3%,即Cu(3)/Hβ催化剂有较高的反应活性,t95为169℃;反应气体含SO_(2),Cu负载量为2%时,即Cu(2)/Hβ催化剂的反应活性较好,t95为225℃。反应前后催化剂的分析结果表明,SO_(2)存在条件下催化剂活性降低的主要原因是在低温条件下,SO_(2)与NH3反应生成的硫铵盐覆盖了催化剂活性中心。

SnO_(x)-CeO_(x)/沥青基球形活性炭催化剂选择性催化还原NO的脱硝性能

以高软化点石油沥青原料制备的沥青基球形活性炭(PSAC)为载体,采用浸渍法负载锡、铈氧化物制备SnO_(x)-CeO_(x)/PSAC系列催化剂,考察催化剂在低温下的脱硝性能,并采用N2吸附/脱附、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对催化剂进行表征。结果表明,在CeO_(x)/PSAC催化剂中添加SnO_(x)后催化剂的脱硝活性显著增加,但随着金属担载量(质量分数)增加,脱硝活性呈现先升高后降低的趋势,Sn、Ce担载量分别为5%和13%的SnO_(x)-CeO_(x)/PSAC(以Sn(5%)Ce(13%)/PSAC表示)催化剂具有最高的脱硝活性,在该催化剂条件下,100~300℃时可得到最高的NO转化率(98%)。添加SnO_(x)后,CeO_(2)在载体表面的分散性得到提高,由于Sn^(4+)替代Ce^(4+)掺杂于立方相CeO_(2)晶格中形成固溶体,因而催化剂的脱硝活性提高。此外,与单组分铈催化剂相比,Sn(5%)Ce(13%)/PSAC催化剂具有较好的抗SO_(2)毒化性能。

疏水性Silicalite-1外壳增强Cu/SAPO-34的选择性催化还原低温水热稳定性

采用二次生长法合成具有不同氟含量的Cu/SAPO-34@Silicalite-1核壳结构复合分子筛,通过调节晶种导向液中的氟含量,来调节核壳结构的疏水性,并利用X射线衍射、热重分析仪、扫描电子显微镜和微反等手段表征样品的结构和低温水热稳定性。结果表明:与Cu/SAPO-34核相比较,核壳结构分子筛具有更大的比表面积,更高的活性Cu^(2+)离子相对比例和强酸性比例,更好的疏水性和脱硝活性;添加氟化铵后增加了Cu/SAPO-34的结晶度,拓宽了Cu/SAPO-34的脱硝温度窗口,150℃湿烟气的脱硝率从82%提高到94%。

CeO_(2)/ZrO_(2)对Cu-ZSM-5选择性催化还原NOx的反应活性及抗老化性能的影响

采用浸渍法分别将CeO_(2)、ZrO_(2)负载于Cu-ZSM-5催化剂中,通过催化剂活性评价系统研究了CeO_(2)、ZrO_(2)负载量对整体式Cu-ZSM-5催化剂NOx转化率的影响规律,并采用NO-TPD方法分析了催化剂表面的NOx吸附能力.此外,利用FT-IR和SEM技术探究了催化剂样品的抗老化能力.结果表明,添加CeO_(2)或ZrO_(2)有利于提升整体式Cu-ZSM-5催化剂NOx转化率,其中8%CeO_(2)/Cu-ZSM-5在150~550℃温度范围内NO_(x)转化率最高,但此催化剂表面晶粒在高温下易发生团簇,导致催化剂老化,催化活性下降.ZrO_(2)的添加可以有效稳固表面晶粒,进而改善催化剂的抗老化性能.

柴油机尿素选择性催化还原系统虚拟标定及NO_(x)转化率优化方法研究

基于尿素选择性催化还原系统物理模型与尿素喷射量控制模型联合仿真的虚拟标定方法,获得了目标NO_(x)转化率脉谱;采用多目标遗传算法对尿素选择性催化还原系统进行优化,得到最优尿素喷射量目标值,同时优化了NO_(x)转化率和NH3泄漏值。分析了原排参数及优化结果对NO_(x)转化率的影响。仿真结果表明,采用优化后的尿素喷射量可实现较高的NO_(x)转化率,在排温200~300℃的条件下NO_(x)转化率平均提高35%左右,同时满足国六排放法规对NH3泄漏限值的要求。

船用选择性催化还原脱硝催化剂涂覆工艺研究进展

氮氧化物(NO_(x))是船舶排放的主要污染物。选择性催化还原(SCR)技术已成为国际上船舶废气处理系统的主流方案,催化剂是该技术的核心部分,其中涂覆式催化剂被广泛应用于移动源大气污染物治理。综述了涂覆式SCR催化剂的载体选择及预处理方式、催化剂制备工艺,重点论述了常见催化剂制备过程中加入的浆料助剂及浆料的颗粒粒径、含固量和pH等因素对涂覆效果、脱硝性能的作用和影响,以期为涂覆工艺的优化提供一定的理论支撑和研究思路。

选择性催化还原过滤器研究进展

选择性催化还原过滤器(Selective Catalytic Reduction Filter,SCRF)是具有很大发展潜力的发动机污染物处理手段,作为兼具SCR和DPF两部分功能的后处理装置,能够帮助减小后处理装置体积和费用,或者在不缩减体积的情况下获得更好的污染物处理效果。但SCRF内部多种组分构成的复杂的反应体系和较宽的工作温度窗口导致对系统污染物处理效果的预测难度提高很多。全面梳理了近年来SCRF在以下两个方面的研究成果:一是影响DeNO_(x)效率和被动再生效率的表观因素,一是SCRF微观化学反应与传质机制,有利于研究者开展微观机理和SCRF配套优化研究。

镧掺杂Fe-beta分子筛CO选择性催化还原N_(2)O反应性能

采用浸渍法制备了La/Fe-beta分子筛用于CO选择性催化还原N_(2)O反应的研究.结果表明,La的掺杂可以提升催化剂的CO氧化活性,从而改善Fe-beta分子筛的反应性能,在350℃时,其N_(2)O转化率可达到95%以上.H_(2)-TPR的结果表明,La的掺杂会改变Fe-beta分子筛表面的Fe物种分布,降低催化剂的抗O_(2)及抗水蒸气性能.此外,还研究了废物焚烧尾气中的HCl气体对Fe-beta和La/Fe-beta分子筛的影响.结合CO氧化活性、H_(2)-TPR和O_(2)-TPD的结果发现,稳定FeClx物种的生成、较差的还原性能和CO氧化性能是导致催化剂HCl中毒的主要原因.

铁基氨气选择性催化还原(NH3-SCR)催化剂性能的研究进展

氨气选择性催化还原(NH3-SCR)技术被广泛应用于净化废气中的NOx。介绍了多种以氧化铁作为主要活性成分的NH3-SCR催化剂的性能以及掺杂改性金属对氧化铁的低温活性的影响。阐述了金属氧化物、碳基材料、沸石等载体材料对反应催化活性的影响并对比了不同载体的特点。在研究铁基催化剂表面NH3-SCR反应和硫化中毒机理的基础上,对改良氧化铁催化剂以增强其抗硫能力的可行方案进行了探讨。

球形表面富锰Mn_(x)Co_(3-x)O_(4-η)尖晶石型催化剂选择性催化还原NO_(x)研究

采用共沉淀法制备了高比表面积的Mn_(x)Co_(3-x)O_(4)球形催化剂,研究了NH3选择性催化还原NOx性能。Mn-Co金属氧化物具有尖晶石结构,随着Co含量的增加,晶体结构由四方相转变为立方相。高浓度的表面活性氧物种和变价元素的强有效电子转移(Co^(3+)+Mn^(3+)↔Co^(2+)+Mn^(4+))有利于提高Mn_(x)Co_(3-x)O_(4)(x=1.0、1.5、2.0)尖晶型石催化剂的氧化还原能力,催化剂表面的Mn富集作用形成了氧缺陷结构和丰富的表面活性位点,进一步促进SCR脱硝反应,呈现出优异的催化性能。COtet(CoMn)octO_(4)晶体结构中,Mn离子(Mn^(3+)和Mn^(4+),以三价锰为主)和部分Co离子被配置到八面体中心,这些物种作为活性位点存在着较强的电子转移交互作用,该构型对促进低温脱硝活性和保护活性位点耐受SO_(2)毒害具有重要的意义。Mn-Co尖晶石表面的NH_(3)-SCR脱硝反应过程主要遵循Eley-Rideal反应机理,即吸附态NH_(3)与气态NO(或NO_(2))的反应路径。随着反应温度的增加,反应生成的NH_(4)NO_(3)中间体很可能转化为NH_(4)NO_(2)物种,进而分解为N_(2),提高了催化剂的氮气选择性。

基于计算流体力学的柴油机选择性催化还原系统尿素水溶液喷雾特性分析

为探究影响柴油机排气管尿素水溶液(urea water solution,UWS)雾化效果的因素,搭建了UWS喷射试验台架,通过激光粒度仪测得尿素液滴粒径分布,并运用Rosin-Rammler函数对试验获得的累积粒径分布进行非线性拟合,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对柴油机负荷工况、UWS喷射温度和排气管壁温3种不同因素对UWS喷雾雾化特征、NH3浓度分布及液膜形成的影响进行仿真计算。结果表明:低负荷工况下的排气流量和温度低,UWS喷入量少,尿素液滴分解NH3的速率较低,80 ms时刻NH3主要分布在排气管中游;中高负荷工况,排气温度高、UWS喷入量多,有利于尿素蒸发热解生成NH3,该时刻NH3浓度区域偏离轴线,贴近排气管上表面;喷雾液滴粒径随UWS喷射温度的升高而减小,范围在1~12μm,空间内NH3浓度小幅增加,液膜沉积率随喷射温度升高显著降低;排气管壁温对UWS喷雾液滴粒径和蒸发热解速率影响较大,壁温升高加快了液滴粒径减小的速度,当壁面温度为473K时,150ms时刻下液滴粒径主要集中在30μm以下,附着壁面的液膜厚度明显减小直至消失,尿素结晶问题得以改善。

9F级燃机选择性催化还原脱硝数值模拟研究与应用

以某9F级燃机余热锅炉为研究对象,对燃机出口烟道至催化剂层烟气流场数值模拟进行研究,得到了单层催化剂、两层催化剂、两层催化剂+均布板3种结构下烟气流场情况。结果表明:原结构第一层换热器前存在的扩张烟道距离短、扩张角度大,燃机出口高速旋流烟气进入大面积静置流域时,短距离内来不及均匀地冲刷整个大截面并消散惯性旋流,导致第一层换热器入口截面烟气流场均匀性较差;新增一层催化剂后,流场分布与单层催化剂时基本相同,且两层催化剂时首层催化剂入口流场分布均匀性略优于单层催化剂,这是因为新增一层催化剂相当于增加了一层流场阻流件,对烟气起到了阻流作用;通过在入口烟道加装导流板,可改善第一层换热器入口流场均匀性,截面流速Cv值下降至21.3%,表明导流板对后续烟道流场分布起到了一定的改善作用。