催化剂结构对SCR脱硝性能影响分析

为评估新能源大规模并网下,煤电机组频繁调峰引起选择性催化还原(selective catalytic reaction,SCR)脱硝装置氨逃逸率的变化问题,通过MATLAB编程方法构建SCR脱硝三维数值模型,就催化剂结构参数对脱硝性能的影响进行了研究。结果表明:催化剂孔节距对脱硝效率及氨逃逸率影响显著,反应温度为629.15K时,催化剂孔节距从6 mm增加到12 mm,SCR脱硝效率由72.63%降到51.04%,氨逃逸率由9.76%上升到25.1%;SCR脱硝性能随催化剂长度增加而增强,反应温度为639.15 K时,催化剂长度从300 mm增加到1000 mm,脱硝效率由36.23%上升至69.05%;氨逃逸率由51.15%降低至8.90%。电厂负荷下降有利氨逃逸率降低,负荷从550 MW降低至330 MW脱硝效率由67.71%上升至73.28%,氨逃逸率由1.1%降低至0.14%。煤质劣化使氨逃逸率上升,煤质热值由16747.2 J下降至15491.16 J脱硝效率由71.14%上升至71.73%,氨逃逸率由1.47%上升至1.72%。

氢发动机SCR催化器的NO_(x)转化效率模拟

建立一维选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)催化器模型,采用稳态、瞬态小样试验标定SCR化学反应动力学机理,并分析SCR催化器对氢发动机排气中NO_(x)的催化还原过程。结果表明:入口O2体积分数对NO_(x)催化还原有抑制作用,但入口H2O体积分数对NO_(x)转化效率没有明显影响;当温度为250~400℃时,线性温升工况NO_(x)转化效率高于稳态工况且超过98%;氢发动机排气温度和原排NO_(x)体积分数随功率增大而增大,当功率大于60 kW且氨氮比等于1时,SCR催化器转化效率小于95%;增加氨氮比对NO_(x)转化效率的提高作用较小,这是由于在高温条件下增加的NH3倾向与O2反应。

催化剂的非均匀分布对船舶SCR系统特性的影响

选择性催化还原(SCR)系统常用于降低柴油发动机尾气排放出的氮氧化物(NOx)。为进一步提高其脱硝性能,首先建立三维数值模拟模型,通过改变SCR转换器中孔隙率来实现催化剂的非均匀分布,从而研究在不同发动机负荷下的催化剂非均匀分布对SCR系统中的流动、传质和传热等性能的影响;其次,与催化剂的均匀分布进行对比,重点考察催化剂非均匀分布时对SCR系统性能的影响;最后,基于场协同原理分析SCR系统中的速度场和温度场对传热过程的影响。结果表明:催化剂的非均匀分布可以提高SCR系统的性能。在发动机25%的负荷下,与均匀分布相比,案例P-R5的压力损失降低165 Pa,脱硝率提高了0.8%,氨的逸出量减少了7 mg/L;案例P-R5的温度梯度高于均匀孔隙率催化剂温度梯度的最大峰值,这表明向外部传递的能量较少,催化剂非均匀分布的结构可以保持催化区域的温度,提高催化剂的活性,有利于脱硝反应。

燃煤电厂SCR脱硝系统喷氨优化模拟

为提高某660 MW机组SCR(选择性催化还原)脱硝反应器出口NO_(x)质量浓度分布均匀性,文中以SCR出口NO_(x)质量浓度分布相对标准偏差最小为优化目标,提出了一种基于动力学模型的最优喷氨策略。将现场实测数据作为入口边界条件,耦合反应器内的湍流流动、组分输运和化学反应,进行了CFD数值模拟计算。对氨流动特性进行可视化分析,并定义喷氨格栅分区/喷嘴的流动影响系数,结合基于SCR反应动力学模型建立的出口NO_(x)浓度分布与入口NH3浓度的数学关系,直接求解优化矩阵方程,可得到喷氨格栅不同分区或不同喷嘴的最优可控喷氨流量。模拟结果表明:均匀喷氨方式下,不同分区氨氮浓度混合匹配度不高,SCR反应器出口NO_(x)质量浓度相对标准偏差达到40.1%,分布均匀性较差;按文中提出的方法进行喷氨优化后,出口NO_(x)质量浓度相对标准偏差下降至6.8%,出口均匀性大幅提高,既能实现NO_(x)压线排放满足环保要求,又可避免出现脱硝效率过高和过低的区域。文中通过数值模拟的方式将流场可视化,通过定量求解各阀门喷氨量进行喷氨优化,可以为实际电厂喷氨优化调试提供理论参考,降低调整的盲目性。

锰基低温NH_(3)-SCR催化剂脱除NO_(x)的研究综述

目前工业上使用的氨选择性催化还原(NH_(3)-SCR)脱硝催化剂存在一定的缺陷,如易中毒、稳定性差、反应温度高等,在使用中受到限制。因此,开发低温高效、稳定性好、抗中毒性好的催化剂成为当前的研究热点,锰基催化剂具有较高的催化活性,在脱硝领域有广阔的应用前景,研究者们对此进行了大量研究。本文基于锰基低温氨选择性催化剂去除氮氧化物的最新研究进展,介绍了从催化剂添加助剂、制备方法、载体以及催化剂形貌结构等因素对锰基催化剂NH_(3)-SCR脱硝性能的影响,深入分析了锰基催化剂脱硝的反应机理(包括Eley-Rideal和Langmuir-Hinshelwood机理)以及催化剂中毒机理,并指出研发低温NH_(3)-SCR脱硝效果好、抗中毒性能好的锰基催化剂是未来的主要研究方向。

SCR系统内部单通道流场及转化特性的数值模拟

为了进一步改善选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统内部通道的性能,本文利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法建立SCR系统的单通道模型。通过模拟结果与实验数据的比较,验证了单通道模型的有效性和准确性;通过改变SCR系统中单通道的形状,研究相同截面面积下不同截面形状对压力损失、速度均匀性、氮氧化物(NO_(x))转化效率的影响。结果表明:在相对低速的条件下,三角形通道的NO_(x)转化效率较好,但压力损失较大,椭圆形通道速度均匀性最差。研究结果可以为优化SCR系统内部结构提供参考。

废弃SCR催化剂氧化酸洗除As工艺及机理研究

砷(As)及其他杂质元素是导致燃煤电厂废弃SCR脱硝催化剂失活的主要原因,借助Fenton反应对废弃SCR脱硝催化剂中的有害杂质元素As及Fe、Al进行氧化酸洗脱除,探究了酸洗液种类、酸浓度、氧化剂浓度、反应温度、反应时间、液固比等因素对杂质浸出率的影响。结果表明,最佳的杂质浸出条件为:反应温度为50℃、H_(2)SO_(4)浓度为1.5 mol/L、H_(2)O_(2)浓度为1.5 mol/L、转速为500 r/min、反应时间为240 min、液固比为20 mL/g,此时As、Fe、Al的浸出率分别为99.58%、41.80%、39.60%。废弃催化剂杂质元素浸出机理为过氧化氢与被硫酸浸出的Fe^(2+)形成了芬顿试剂,将As^(3+)氧化为As^(5+),使其氧化溶出,提高了As元素的脱除效率。

Fe_(2)O_(3)对ZrTiO_(4)载体NH_(3)-SCR催化性能的影响

NH_(3)-SCR催化剂主要用于工业生产和汽车尾气清洁,本研究采用“共沉淀-浸渍法”制备了新型α%Fe_(2)O_(3)/ZrTiO_(4)(α=0、8、12、15)催化剂。结果表明,α%Fe_(2)O_(3)/ZrTiO_(4)催化剂的最佳成分配比的12%Fe_(2)O_(3)/ZrTiO_(4)催化剂在250−400℃条件下NO_(x)转化率大于80%,在300℃时NO_(x)转化率接近100%,并且N2选择性在200−450℃大于90%。在ZrTiO_(4)表面负载Fe_(2)O_(3)后,催化剂的氧化还原性能、表面酸度和Oβ/(Oα+Oβ)比例都有所提高,这不仅归因于α%Fe_(2)O_(3)/ZrTiO_(4)催化剂具有多孔结构,还归因于活性组分Fe_(2)O_(3)和载体ZrTiO_(4)之间的电子相互作用。此外,原位DRIFTs反应表明,12%Fe_(2)O_(3)/ZrTiO_(4)催化剂的NH_(3)-SCR反应遵循Eley-Rideal机制。明确的反应机制有利于更深入了解SCR过程中NO_(x)转化的反应过程。这项工作为未来Fe基SCR催化剂在中温范围内替代V基催化剂提供了可行的策略。

整体式Mn-Fe/ZrO_2-TiO_2催化剂的制备及在低温NH_3-SCR反应中的性能

以锆钛复合氧化物为载体,制备整体式Mn基催化剂并研究其在低温氨选择性催化还原(NH3-SCR)氮氧化物反应中的性能;用BET、XRD、储氧量(OSC)、程序升温还原(TPR)和XPS对催化剂进行表征.实验结果表明,与以TiO2为载体的催化剂相比,以ZrO2-TiO2为载体的催化剂具有较大的比表面积、更稳定的晶相结构和较多的储氧量,并具有较强的低温氧化性能和较高的表面Mn含量,表现出良好的低温活性和高温稳定性.在700℃焙烧后,Mn-Fe/ZrO2-TiO2在高空速55000 h-1条件下,仍具有较好的起燃温度(182℃)和NO的转化率(78%),并具有较强的抗水性能,表现出很好的应用前景.

尿素SCR-NO_x催化器流动、还原剂喷雾及表面化学反应三维数值模拟

采用计算流体动力学(CFD)耦合化学反应动力学的方法,建立了尿素水溶液喷射、热解以及催化剂表面化学反应整个尾气后处理过程的柴油机SCR-NOx催化器三维数值模型,在验证还原剂喷雾模型的基础上,对一实际柴油机SCR-NOx全尺寸催化器进行了全过程的三维数值模拟,给出了催化器的流场、温度场和浓度场的分布规律,并研究不同发动机负荷下催化器性能的变化,数值模拟计算的结果与发动机台架试验结果取得了较好的吻合。研究结果对指导柴油机SCR催化器的设计有参考价值。

MnO_x/CeO_2纳米棒催化剂在低温NH_3-SCR反应中的阳离子(Zr^(4+),Al^(3+),Si^(4+))掺杂效应（英文）

低温脱硝技术由于具有无需再加热烟气、方便燃煤电厂脱硝改造以及适用于一些烟气温度较低的非电力行业脱硝场合等优点,吸引了越来越多研究者的关注.低温脱硝催化剂是该技术中最关键的单元,因此其配方开发及相关工作已成为近年来的研究热点之一.商业化V_2O_5-WO_3/TiO_2催化剂在300–400°C的固定源烟气脱硝中表现出优异的性能,然而其低温脱硝性能却差强人意.并且,V_2O_5具有生物毒性,会造成二次污染.因此,低温脱硝催化剂的开发主要集中在环境友好的非钒基催化剂上.其中,MnO_x基催化剂由于具有优异的低温脱硝性能而成为重点研究对象.特别是MnO_x/CeO_2催化剂由于Ce O_2良好的氧化还原性能和较高的储释氧容量,引起了低温脱硝领域越来越多研究者的兴趣.然而,众所周知,CeO_2的比表面积和热稳定性并不令人满意.幸运的是,研究表明,阳离子掺杂可有效地克服CeO_2的上述缺点.此外,随着纳米材料制备科学与技术的发展,不同形貌的CeO_2已经能可控合成.研究表明,CeO_2纳米棒比其它形貌的CeO_2更适合用作载体,因为Ce O_2纳米棒主要暴露的{110}晶面易于形成氧空位以及与表面分散组分产生强相互作用.因此,在本工作中,我们在CeO_2纳米棒的晶格中掺入热稳定的Zr^(4+),Al^(3+),Si^(4+)等阳离子以提高其比表面积和热稳定性,并以该CeO_2纳米棒为载体负载MnO_x,考察了Zr^(4+),Al^(3+),Si^(4+)等阳离子掺杂对MnO_x/Ce O_2纳米棒催化剂低温脱硝性能的影响,筛选出最佳的掺杂离子.对制备的样品进行了透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气物理吸附、氢气程序升温还原、氨气程序升温脱附、氨气吸附原位漫反射红外光谱和X射线光电子能谱等一系列表征分析,并利用氨气-选择性催化还原(NH_3-SCR)反应评价了其脱硝性能和抗水抗硫性能.结果表明,Si^(4+)掺杂的MnO_x/CeO_2纳米棒(MnO_x/CS-NR)催化剂具有最多的氧空位、表面酸性位和Mn^(4+)因而表现出最佳的脱硝活性.由于其氧化还原性能适当减弱,有效地抑制了氨气的非选择性催化氧化,从而表现出最低的N_2O生成量.此外,MnO_x/CS-NR催化剂还显示出最佳的抗水抗硫性能.综上所述,Si^(4+)是MnO_x/CeO_2纳米棒催化剂的最佳掺杂离子.

含铈催化剂NH_3-SCR反应机理研究进展

从Ce用为助剂、活性组分、载体三方面,对含铈催化剂NH3-SCR脱硝反应机理进行了综述,并深入探讨含铈催化剂的反应机理,对该领域的进一步发展进行了展望。

Fe-Cu/ZSM-5催化剂的NH_3-SCR脱硝性能

通过浸渍法制备了Fe和Cu含量比不同的系列Fe-Cu/ZSM-5催化剂,利用XRD、H2-TPR、NH3-TPD和原位DRIFTS等技术对催化剂进行了表征,并对其NH3-SCR脱硝性能进行了研究。结果表明,双金属改性的Fe-Cu/ZSM-5催化剂活性温度窗口拓宽,其中,Fe-Cu/ZSM-5 1∶4催化剂脱硝性能优异,250-450℃下脱硝效率均超过90%,335℃时脱硝效率达到最大值96.46%。铜和铁物种能以无定型氧化物良好分散于载体表面,双金属负载改性催化剂保留了ZSM-5的晶体结构。Fe-Cu/ZSM-5 1∶4催化剂具备丰富的酸性位、良好的氧化还原性能,一定温度条件下NH3-SCR反应过程中同时存在E-R机理和L-H机理,且E-R机理反应起始温度低于L-H机理;200℃为催化脱硝反应的起活温度。

蛭石基FeCeO_(x)催化剂及CO选择性催化还原NO

以CO为还原剂去除NO的选择性催化还原(CO-SCR)技术受到了广泛关注。本文以天然矿物蛭石为载体,采用共沉淀辅助浸渍法(CP-IM)制备了蛭石负载的铁铈双金属氧化物(FeCe/VMT)用于CO-SCR脱硝反应。表征结果显示,相比传统的浸渍法(IM),共沉淀辅助浸渍制备的FeCe/VMT催化剂具有更大的比表面积(106.9m^(2)/g)和更多氧空位,可以提供更多的活性位点。共沉淀过程形成更多Fe^(3+),并促进了FeCe间的协同作用,有利于提高CO-SCR的催化活性和稳定性。性能测试表明,在300℃和50000h^(−1)的空速下,NO转化率可达100%,48h后NO转化率几乎无衰减。当温度降至250℃时,NO的转化率依然可以达到97%。同时,利用原位红外光谱和密度泛函理论计算技术,揭示了相应的催化反应机理,为制备大比表面积的负载型催化剂提供了一种方法。

SCR脱硝催化剂活性的测量和应用

选择性催化还原(SCR)技术的催化剂活性K是体现催化反应系统传质和化学反应速率的综合性特征值,它不仅与催化剂材料组分有关,而且与其几何结构以及应用中的流动条件等因素相关。K作为评价催化剂性能的重要指标,已广泛应用于催化剂产品质量认证及运行中催化剂的剩余活性评估中。催化剂活性测量装置主要有中试装置和小试装置2种。在催化剂质量认证及评价中均需要使用催化剂活性K的绝对值,因此K必须采用中试装置测量。SCR反应器潜能P是评价SCR装置性能的综合性指标,定期测量P值,追踪其变化趋势对SCR装置的经济运行大有裨益。

基于影响因子的SCR脱硝系统喷氨量优化模拟

为提高某660MW机组选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝系统出口NOx浓度分布均匀性,基于性能试验的实测烟气数据作为模拟入口边界条件,对烟气的湍流流动、多组分扩散和化学反应进行CFD数值计算。模拟分析了100%、75%和50%这3个典型工况下的烟气流场规律,得到5个分区及42个喷嘴喷氨对催化剂入口截面18个区域氨浓度分布影响因子,建立并求解最优喷氨量的矩阵方程。对优化后的喷氨量进行模拟得到3个工况出口NOx浓度的相对标准偏差分别为13.7%、15.3%和17.6%,出口均匀性显著提高。结果表明采用影响因子定量计算最优喷氨量的方法适用于不同工况,且计算效率高,为实际喷氨优化调整试验和运行提供理论参考。

MgO修饰的V_2O_5-MoO_3/TiO_2低温SCR催化剂

V系催化剂具有良好的抗中毒能力,广泛应用于燃煤电厂、工业锅炉烟气(固定源)和车辆尾气(移动源)脱硝领域。本文采用水热法制备了V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂,并通过挤出成型得到蜂窝式V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂,通过与共混法相比,发现采用水热法表现出来的较高的低温SCR活性,并研究了MgO的掺杂对V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂性能的影响,发现MgO的掺杂能够降低SO_2的转化率。并通过表征发现采用水热反应法得到的V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂能使活性组分高度分散于TiO_2载体表面上,具有较高的比表面积,从而使催化剂表现出最佳的低温活性,同时MgO修饰的V_2O_5-MoO_3/TiO_2催化剂的抗硫抗水性以及抗碱金属中毒性也做出了研究。

柴油机SCR系统尿素沉积物详细反应路径

通过分析尿素沉积物形成的详细反应网络框架,构建尿素分解及沉积物生成反应子模型,进行了尿素-选择性催化还原(SCR)系统排气管尿素分解段计算.对比尿素分解总包反应与详细反应的出口NH3摩尔分数以及中间产物的温度-摩尔分数,初步探索的详细机理基本能反映尿素转氨及某些主要中间产物的变化规律.结果表明:温度低于200℃时,尿素分解副产物主要是缩二脲(C2H5N3O2)、三聚氰酸(C3H3N3O3).温度达到约210℃时,副产物中出现三嗪类(triazines)物质:三聚氰酸一酰胺(C3H4N4O2)、三聚氰酸二酰胺(C3H5N5O)和三聚氰胺(C3H6N6).温度达到350℃以上时,三聚氰胺能继续生成三均三嗪类(heptazines)成分:C6H9N11、C6H6N10、(C6H3N9)x.尿素详细反应路径表明,缩二脲是尿素沉积物形成中最重要的反应中间产物,构成了其他副产物形成的基础,可沿反应路径形成缩三脲(C3H6N4O3)、三聚氰酸和三嗪类副产物.异氰酸(HNCO)是尿素分解副产物形成所需的最重要反应物.

金属改性分子筛型催化剂低温SCR反应机理

使用离子交换法制备得到金属改性ZSM-5催化剂,并对其进行了一系列的表征,包括:傅里叶变换红外光谱(FT-IR),氨气程序升温脱附(NH3-TPD),原位漫反射红外光谱分析(In situ DRIFTS).FT-IR实验说明金属的掺杂并未对ZSM-5的结构造成破坏.DRIFTS实验证实,金属改性ZSM-5催化剂低温下的SCR反应主要遵循Langmuir-Hinshelwood机理,即活化的NOx物种和活化的NH3物种进行反应.与Cu/ZSM-5催化剂相比,CuCe0.75Zr0.25Oy/ZSM-5催化剂可以加速氧化NO成为NO2,使得CuCexZr1-xOy/ZSM-5催化剂更容易生成—NO2物种,这对去除NOx催化的低温活性有很大的帮助.催化剂表面上的大部分硝酸盐和亚硝酸盐物种都是活性物种,但连二亚硝酸盐是个例外.

柴油机氨基SCR化学反应特性的试验研究

为了研究不同因素对氨基SCR化学反应特性的影响,基于某重型柴油机及其已有SCR装置,分别针对不同空速、温度和氨氮比对氨基SCR化学反应特性中NO_x转化效率和SCR反应速率的影响以及升温过程对NH3的饱和存储量的影响开展试验研究。结果表明:NO_x平均转化速率基本上由温度决定,而NO_x转化效率则由温度和空速共同影响;随着氨氮比增加,NO_x转化效率也会随之升高,但是当氨氮比大于1.0后,NO_x转化效率的变化开始趋于平缓,且氨氮比越大NH_3泄漏会越早超过10×10^(-6)(法规规定);而且温度升高引起的NH3饱和存储量的变化会造成NH3泄漏。试验还获得不同空速、不同温度下的NO_x最大转化效率MAP图和NH3饱和存储量的动态方程,对于SCR控制策略的建立具有重要意义。