中国温室气体减排与选择性催化还原脱硝材料

综述了中国温室气体排放和NOx污染的现状及相互影响。论述了电厂锅炉和机动车发动机的稀燃化对CO2减排的意义和对NOx污染控制的影响,阐述了选择性催化还原脱硝技术对解决中国经济发展带来的能源危机和温室气体减排的重要性。基于温室气体减排和NOx排放的相互制约关系,指出了采用燃料的稀燃方式辅以SCR脱硝后处理技术是中国同时实现温室气体减排和NOx控制的显示可行途径。重点论述了中国燃煤电厂烟道气脱硝和柴油车尾气脱硝对选择性催化还原(SCR)脱销材料的要求,对国内外脱硝材料的研究领域、研发现状和发展趋势进行了探讨,并结合中国国情指出,具有自主知识产权的V-W-Ti基SCR脱硝材料、低温SCR脱硝材料和沸石基SCR脱硝材料是适应我国电厂烟道气脱硝和机动车尾气脱硝的SCR脱硝材料发展方向。

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。

煤粉工业锅炉的选择性非催化还原脱硝性能试验改进

采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝须克服脱硝效率偏低和氨逃逸严重等现象,对其进行试验改进可提升多种类型锅炉的脱硝性能。基于煤粉工业锅炉SNCR试验系统,通过试验测量2种炉膛结构、不同容量的煤粉工业锅炉炉膛温度分布,从喷枪支数、温度和SNCR等方面阐述对脱硝性能的影响,对4个供热站的15台锅炉进行SNCR优化改造,增加喷枪开孔和电磁流量计并改造SNCR系统管路,进而对SNCR优化改造效果进行评估,从而研究单喷枪和多喷枪组合对选择性非催化还原(SNCR)脱硝性能的影响。结果发现:喷枪组合的脱硝效率一般优于单喷枪,主要取决于炉膛内温度分布,即需获得最佳脱硝反应温度和氨氮物质的量比及找到锅炉SNCR的最佳喷枪位置;当炉膛截面平均温度为800~900℃、氨氮比为1.5~2.0时,SNCR可达到较好的脱硝效率且氨逃逸较低;对供热站改造前后的脱硝反应剂用量进行分析,发现改造后的尿素用量比未改造前总体降低23.2%,液氧用量总体降低75.3%,即改造后的尿素用量和液氧用量均显著降低,说明供热站SNCR改造能够大幅降低煤粉锅炉的运行成本。

选择性非催化还原脱硝性能的实验模拟分析

选择性非催化还原(SNCR)脱硝是利用还原剂NH_(3)将烟气中NO还原为N2的NOx净化技术,对SNCR脱硝性能进行实验模拟研究。考察温度、初始NH_(3)和NO摩尔浓度比值(NSR)和O_(2)含量等影响因素对脱硝效率的影响。结果表明:在950~1100℃的温度范围内,SNCR可以取得50%以上的脱硝效率;脱硝效率随氧含量增加逐渐下降;随着初始NH_(3)和NO摩尔浓度比值(NSR)增加,脱硝效率先增加后趋于平缓,最佳NSR为1.5。综合考虑经济、环保及脱硝效率等因素,选取温度为950~1100℃、NSR为1.5、O_(2)含量为4.4%的条件时,能取得满意的脱硝效果。

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。

基于PSO优化的模糊控制器在选择性催化还原脱硝技术中的应用

工业领域常常会产生大量的NOx污染物,而选择性催化还原脱硝是一种常用于减少污染物排放的技术。该技术在应用过程中面临参数选择困难、稳定性差的问题,因此,需通过粒子群优化的模糊控制器来提高其性能。结果显示,仿真模型出口NOx浓度波动减少30%,氨气流量稳定,稳态与变负荷下控制效果更好,设定值与实际值偏差减少15%。该方法能提高脱硝效率,并能保持系统的稳定性。

纳米Pd@Fe/TiO_(2)光催化选择性还原硝酸盐和亚硝酸盐

采用微波水热和光还原法制备了一系列三元Pd@Fe/TiO_(2)催化剂,用于紫外可见(UV-Vis)光还原硝酸盐和亚硝酸盐.与纯Fe/TiO_(2)相比,1%Pd@Fe/TiO_(2)在UV-Vis、缺氧和不添加氢源的条件下,表现出更强的光催化性能,在180 min内去除了93.4%的硝酸盐和90.5%的亚硝酸盐.动力学符合一阶衰减模型,1%Pd@Fe/TiO_(2)的最优速率常数分别是Fe/TiO_(2)和TiO_(2)的3.16和4.92倍.活性的增强源于Fe和TiO_(2)之间的肖特基势垒对光谱吸收范围的扩展和Pd的表面等离子共振(SPR)效应.1%Pd@Fe/TiO_(2)的重复性测试表明,样品具有较高的稳定性.此外,研究了Pd负载量对硝酸盐选择性的影响,并对光催化脱氮机理进行了讨论.

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。

固体高分子脱硝剂选择性非催化还原NO_(x)特性

在流化床反应器中研究了固体高分子脱硝剂选择性非催化还原(PNCR)脱硝效率、影响因素及反应机理。结果表明,固体脱硝剂炉内发生非催化还原反应,在850~1150℃范围内,随着温度升高,脱硝效率逐步增加,在950℃达到最佳(97%左右),之后脱硝剂主要受高温氧化反应的影响,脱硝效率下降。氧气不利于脱硝反应,随着氧气的增加,脱硝效率逐渐降低;水蒸气加入能减弱O_(2)的氧化作用,延迟脱硝剂的高温氧化反应。固体脱硝剂热分解过程的O元素主要以CO_(2)形式析出,N和C元素生成NH、CH_(2)和CN等自由基,CH_(2)和CN则通过与O_(2)、O和OH反应而消耗炉内强氧化性基团,抑制NO的生成,加快NH等自由基与NO还原反应而实现高效脱硝。该研究结果为高分子脱硝技术的应用提供了理论支撑和技术参考。

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。

选择性催化还原脱硝催化材料研究进展

氮氧化物(NO x)是大气污染长久治理的重点,工业主流氨气选择性催化还原NO x的技术核心是脱硝催化剂,研发环境友好型高效脱硝催化剂是世界环保的共同需求。简述了脱硝需求背景、脱硝催化剂应用现状及现存问题,概述了贵金属、金属氧化物及离子交换型分子筛3大类脱硝催化剂的研究进展;重点论述了环境友好型稀土基脱硝催化剂的研发历程,以及船用无毒选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的研究进展。我国自主研发的稀土基脱硝催化剂是第二种实现规模化工业应用的烟气脱硝催化剂,被国家三部委指定为钒基催化剂的替代产品,成为未来工业脱硝应用的重点新材料。从行业NO x超低排放驱动及恶劣工况脱硝难度两方面,探讨了脱硝催化剂面临的新挑战,指出抗水硫中毒能力强的超低温催化剂、耐水热稳定性强的高温催化剂及脱硝催化剂多功能化治理其他污染物,是今后脱硝催化剂发展的重点。

类水滑石衍生复合氧化物用作选择性催化还原脱硝催化剂的研究进展

综述了Cu系、Mn系等类水滑石衍生复合氧化物(LDO)用作选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂的研究进展,重点分析了制备方法、金属改性、载体种类等对此类LDO催化剂脱硝效率、活性温度及抗水抗硫性能的影响。指出今后此类LDO催化剂的研发方向是:采用包覆、掺杂等方式改善催化剂抗水抗硫性能;利用涂覆、一体挤出等方式制备适用于较大处理量的成型催化剂。

光催化脱硝材料及其结构改性研究进展

在传统脱硝技术的基础上,以钛基催化剂、锌基催化剂、铁基催化剂、碳基催化剂和铋基催化剂为对象,介绍了近些年光催化氧化脱硝材料的研究进展,对各类光催化氧化脱硝催化剂材料的带隙结构、脱硝机理和转化效率进行了分析和比较。探讨了构建异质结、离子掺杂、表面改性和形貌调控等改性方法对各类光催化材料催化活性的影响,结果表明,通过调节催化剂的电子结构和构建异质结构,提升对可见光的吸收范围,提高抗水和抗硫性将会成为该领域的发展方向和研究重点。

废烟气脱硝催化剂中TiO_(2)资源化回收实验研究

采用高温碱浸和酸洗的方法对废选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂进行处理,研究碱浸和酸洗对催化剂各组分的浸出效果,考察温度对催化剂浸出行为的影响规律。结果表明,碱浸温度的提高促进V和W的浸出,210℃时V和W的浸出率分别为82.38%和74.92%。经高温碱浸和酸洗处理后,Al、Ca、Na等杂质的最高浸出率均可达98%以上,回收TiO_(2)的纯度较高,可用于生产新催化剂。高温碱浸会破坏催化剂的结构,有利于后续HCl处理对杂质的去除,除杂效果优于直接酸洗处理。高温碱浸过程中会生成Na_(2)TiO_(3),经HCl反应并水解后会形成新的TiO_(2)颗粒,形成更多的小孔,比表面积增大。

Ce对Mn／TiO2／堇青石整体低温脱硝选择性催化还原催化剂的改性

通过溶胶-凝胶法将TiO2溶胶负载在堇青石载体上,再浸渍Mn和Ce活性组分,得到整体式催化剂,并用于NH3选择性催化还原（ SCR） NOx .结果表明,添加Ce以后,催化剂的低温脱硝活性得到明显提高,在空速6000 h-1时,120℃下NO转化率由71.1%提高到97.8%,并且在120-240℃范围内, NO的转化率均保持在95%以上. Ce改性后催化剂具有较大的比表面积和孔体积；催化剂表面含有更高含量的Mn4＋和较多的表面化学吸附氧,增加了NH3的吸附能力,并进一步促进了NO氧化活性,使SCR活性显著提高.

Mn-Ce-Zr/γ-Al_2O_3催化剂低温选择性催化还原脱硝性能分析

采用溶胶凝胶法制备了低温脱硝活性良好的Mn-Ce-Zr/γ-Al2O3催化剂。催化剂在150℃下达到接近70%的脱硝效率并在250~300℃下升高到95%左右。空速和SO2/H2O性能影响实验表明催化剂具有较好的空速变化适应能力和抗SO2/H2O中毒性能。NH3和NO氧化性能实验在固定床上进行。结果发现NH3在300℃以上会逐渐被氧化为NO;而NO在250~300℃下容易被氧化为NO2,这有利于选择性催化还原反应的进行。利用多种表征手段,如N2吸附脱附、X射线衍射、H2程序升温还原和程序升温脱附,对催化剂进行了表征。结果表明Zr可以掺杂进入Ce O2微晶晶格内并形成了固溶体结构,这可以提高催化剂的比表面积和孔结构参数。程序升温脱附结果表明NH3主要吸附在催化剂的不稳定酸性位上,而NO吸附后可以亚硝酸盐、不稳定和稳定硝酸盐等多种形式存在,这有利于促进低温选择性催化还原反应的进行。

烟气脱硝选择性催化还原催化剂反应模拟研究

以E-R机制为动力学基础,建立了选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化剂单孔道一维数学模型,用于模拟SCR催化剂孔道内的反应进程。模型同时还考虑了氨氧化的副反应以及孔道内反应的热效应。经过模拟结果和实验结果对照,证明了模型的合理性。利用模型计算了孔道内的浓度和温度分布、不同运行参数对NO转化率的影响,及催化剂孔大小与孔形状对脱硝效率的影响。模拟计算结果表明,沿孔道方向反应物浓度逐渐降低,而温度略有提高;在反应温度为320～380℃、氨氮比为1.0～1.05和空速为3 200 h-1的运行条件下,单孔道SCR的NO转化率能达到65%以上;另外,通过对孔形状和孔大小的模拟计算发现,催化剂孔节距应设计小于10 mm为宜,而催化剂选用蜂窝式较板式和波纹板式具有更高的NO转化率。

选择性催化还原烟气脱硝反应器流场的模拟优化

为改善反应器的性能,分析了影响选择性催化还原(SCR)反应器性能的因素及其关系,阐明了流场均匀性对提高SCR反应器运行性能的重要性,指出优化流场是提高SCR反应器性能的有效措施.以一台660MW机组为例,对其SCR反应器入口烟道和反应器导流部件进行了模拟优化设计,得出了流场优化设计布置方案.结果表明:通过优化布置,可以提高喷氨格栅(AIG)截面和催化剂入口截面速度分布的均匀性,从而改善SCR反应器的运行性能.

选择性催化还原烟气脱硝技术进展及工程应用

对目前广泛应用及正在研究的选择性催化还原 (SCR)烟气脱硝技术及催化剂进行了综述。详细分析了影响SCR过程的诸因素 ,如反应温度、烟气在反应器内的空间速度、烟气流型及与氨的湍流混合 ,以及催化剂钝化等 ,并提出了预防措施。指出目前SCR虽然技术成熟 ,脱硝效率高 ,但其投资和运行费用亦很高 ,成为限制SCR发展应用的主要原因。介绍了可使SCR整体成本降低的低温SCR技术的进展和研究目标。

燃煤锅炉选择性催化还原脱硝反应器结构的模拟优化

以某600 MW燃煤锅炉选择性催化还原(SCR)反应器为研究对象建立数学模型,对SCR反应器的结构进行了数值模拟优化,并对优化结果进行了物理模拟分析及验证.结果表明:导流板对均匀流场具有明显的作用;物理模拟试验中进入催化剂第1层前的CO2浓度分布标准偏差小于2%,速度分布标准偏差接近14%,与数值模拟结果较吻合,从而验证了优化方案的合理性;物理模拟系统的风道在催化剂层前拥有5级调节装置,可对脱硝反应器的优化设计及运行起到参考作用.