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催化脱除燃煤烟气中NO_x的研究

曲虹霞  
【摘要】:采用浸渍法制备V_2O_5/TiO_2催化剂,在固定床反应器中对NH_3选择性催化还原(SCR)NO_x进行了实验研究。研究结果表明,对于100/140目催化剂,n(NH_3)/n(NO_x)=1.2时,NH_3选择性催化还原NO_x反应,对NO_x的反应级数为一级,反应活化能为95.1kJ/mol。适宜的反应温度、接触时间、V_2O_5质量分数和n(NH_3)/n(NO_x)分别为310℃、200ms、4.5%和1.2。实验结果表明,在适宜反应条件下,NO_x脱除率可达90%。对于片状催化剂,气体流量和催化剂厚度对脱硝反应有较大影响。气体流量增加,NO_x脱除率提高,当流量增至410kg/(m~2·h)后,NO_x脱除率趋于稳定。片状催化剂厚度由0.1cm增至0.2cm,NO_x脱除率从83%降至40%,催化剂有效因子从0.254降至0.127。NO_x转化率可以表示为空速和其它参数的显函数并获得单一的解析解。实验与模型结果相一致,模型能够较好地反映转化率的变化趋势,为SCR反应器的优化设计提供理论依据。 采用共混法制备100目MoO_3/TiO_2催化剂,在较低温度下(≤310℃),升高温度和降低空速,NO_x脱除率提高;在反应温度较高时(310℃),NH_3氧化副反应的影响加强,此时过度延长反应时间和提高反应温度反而会使NO_x脱除率降低。在310℃、空速为12000h~(-1)时,NO_x转化率可达92%。FT-IR光谱和XRD分析结果表明,MoO_3形成分散相,均匀分布在TiO_2颗粒表面并形成稳定的Mo=O基,它的加入没有影响TiO_2(锐态矿型)的结构和形貌。动力学研究结果表明,MoO_3(6%)/TiO_2、WO_3(7%)/TiO_2和V_2O_5(1.4%)-MoO_3(6%)/TiO_2催化剂上SCR反应活化能分别为14.45kJ/mol、87.3kJ/mol和9.5kJ/mol。 采用离子交换法制备Cu-ZSM-5、Me-Cu-ZSM-5(Me=Ni、Co、Ce)和Ni-Ce-ZSM-5催化剂,考察了它们对NO直接分解反应的活性。催化剂的制备方法、离子交换条件、焙烧条件、反应条件以及第二种金属离子Me的掺杂,对催化剂的活性有较大影响。实验结果表明,Cu-ZSM-5催化剂适宜反应温度为550℃,其活性随反应空速和氧气浓度的增加而降低。在550℃、NO浓度为0.29g/m~3及空速为1 350h~(-1)条件下,含铜量为3.55wt%的Cu-ZSM-5催化剂上NO脱除率可达82.5%。在Cu-ZSM-5中掺杂Ni~(2+)可以提高催化剂的催化活性,掺杂Co~(2+)可使催化剂的适宜反应温度降低,而掺杂Ce~(3+)可以提高催化剂的抗氧性。Cu-ZSM-5反应宏观动力学分析表明,两个被吸附的NO分子之间的表面双分子反应为反应速率控制步骤。


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