在烟气处理中对于NO的控制中，由于火电站的选择性催化还原法的高效性，选择性，和经济性（博世和詹森，1988；Nakatsuji et al.，1991）而被世界范围上广泛应用。SCR技术是基于NO的降解，根据以下反应利用NH3将95%的NO和5%的NO2的混合物转化为无害的水和氮气外文翻译资料

 2022-09-24 11:13:02

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在烟气处理中对于NO的控制中，由于火电站的选择性催化还原法的高效性，选择性，和经济性（博世和詹森，1988；Nakatsuji et al.，1991）而被世界范围上广泛应用。SCR技术是基于NO的降解，根据以下反应利用NH3将95%的NO和5%的NO2的混合物转化为无害的水和氮气：摘要

数据是以饲料成分的影响（氧气，氮氧化物，氨，水，二氧化硫浓度）和操作条件（面积速度，反应温度，和Re数）等基础上得出来的，去除效率在不同商业型蜂窝状消除氮的氧化物催化剂上具有不同组成和几何特征。所有的这些数据都是通过一个二型表达动力学解释，通过假设强吸附氨和微弱粘合的NO之间的反应。本次讨论了界面和内扩散限制的意义，一个催化反应器综合模型说明外部和内部运输的反应以及操作变量的影响和可控条件下的饲料组合物的代表性。

利用NH3在蜂窝状消除氮的氧化物的催化剂上选择性还原NOx

第1章 绪论

4NO 4NH3 O2 —— 4N2 6H2O (1)

6NO2 8NH3 ——7N2 12H2 (2)

该反应发生在操作压力很小的平行流（蜂窝状或板）催化剂存在情况下。商业催化剂由锐钛矿二氧化钛、氧化钨、钒的均匀混合物，以及少量的硅铝酸盐作为系统的启动相。尽管处理不脱钒、钛钒、钛氧化钨、氧化钨和钛钒氧化物催化剂等催化剂催化的出版物的行为在文学（博世和詹森，1988；Nakatsuji et al.，1991；和参考引证），系统研究商业SCR催化剂的形式整体或板寻址的操作变量的影响和催化剂的设计参数都是稀缺的科学文献。在本文中我们提出了一个蜂窝型商用SCR催化剂上催化NH3的操作条件的影响（接触时间、雷诺数、温度），进料组成（O2，SO2，H2O，NH3浓度），以及催化剂的设计参数（V含量和孔隙大小分布）对NO的还原等的系统分类学研究。

本次讨论了界面和内扩散限制的意义和一个综合模型，它完全诠释了可控调节SCR反应下的外部和传输现象的影响。类似的致力于使用商业蜂窝状SCR催化剂氧化SO2为SO3的研究已经在过去的研究报告（svachula et al.，1993）中被报道了。

第2章 试验方法

2.1装置

图1显示了利用NH3还原NO测量装置示意图。反应气体包括500ppm的氮氧化物，500ppm的二氧化硫，体积比2%的氧气，体积比10%的水和平衡状态的氮气。个体的气体流的流量是由布鲁克斯质量流量计控制；水是通过美联储计量泵计量的。反应混合物进入反应器之前进行预热和预混合，氨被直接注入反应器顶部防止副反应的发生。该反应器是一个不锈钢管，在一个电加热四热敏电阻器提供等温条件和装有热电偶滑动毛细管内。该反应器通常与催化剂样品的正方形截面组成的9个或16个15厘米的长度的通道。当Re数字的影响被调查时，催化剂样品由一个单一的通道的重新编号以达到尽可能高的可用的总气体流速的限制。催化剂样品用石英棉和绷带陶瓷材料以防止催化剂样品的外表面催化反应，然后进入反应器以保证没有气循环催化剂。在大多数情况下面积速度为33米/小时。

面积速度AV定义为AV = Q /（Va），Q是立方米/小时的气体流量（NTP），V为催化剂的量，a为每单位体积的催化剂的几何表面积。气体离开反应器是用6%的磷酸水溶液来捕捉尾氨，冷却至4-10“C凝结水汽，分裂成两个流，甚至最后分析NO/NOx、SO2、和O2几方面的内容，用化学发光分析仪（NO，贝克曼模型955），对SO2的红外分析仪（贝克曼，865），和一个顺磁氧分析仪（贝克曼，755）。入口的反应混合物的分析表明，NO总是超过NOx的95%，最稳定的为NO2。

2.2 催化剂

本研究采用蜂窝式可控硅催化剂。商业催化剂的V2O5负载通常是低的（小于2% W / W），并均匀地分布在整体的层次中，来保护不断的活动，尽管仍存在可能的气体流中粒子的磨损现象。催化剂用拉丁字母被引用在书面上，在表一中列出了催化剂的相关特性（体积含量和间距）。

第3章 结果

3.1氧气的影响

氧气的部分压力在NOx，图2所示不同的整体式催化剂在不同温度下的转换。氮氧化物的转换是在氧气体积含量2-4%以上。氮氧化物转换的减少是观察到低于此水平，这是因为因为整个过程中的催化剂的氧化还原性能的影响。在代表性SCR反应中氧气可以完全设定为零。氧分压的SCR催化剂在粉末形式的作用已经被一些作者研究，和整体式催化剂上收集的结果相比较好。事实上它已经指出，（i）在饲料中的氧的存在加速了NO的去除率，（ii）NO有很明显的增加，转化率可达0.5-2% ，根据氧含量反应速率几乎是独立的，（iii）NO的转化在氧流量关闭之后逐渐降低，氧气供应恢复后迅速返回到初始值。这些数据清楚地表明氧气参与了氮氧化物与氨的反应。

3.2氮氧化物的影响

氮氧化物的效果表现在浓度对氮氧化物在不同的整体式催化剂与不同温度下的转换，如图3所示。氮氧化物浓度的转换一直是独立的，这意味着该反应是相对于氮氧化物局部压力的一阶反应。这种关系已经在我们的实验室证实了，实验2商业蜂窝催化剂在较大的温度范围内（320-380摄氏度）和NOx浓度范围（从500到100 ppm）。

无粉SCR催化剂的一级动力学已经被一些作者报道包括Inomata（1980）和Wong（1986）等。

3.3氨与氮氧化物比例的影响

图4所示为在两个温度下氨与氮氧化物比例对氮氧化物浓度的影响。氮氧化物的去除是被限制在很低的氨与氮氧化物比例上，最终结果呈现线性关系，然后随着氨与氮氧化物比例的增加，结果随着反应物浓度趋于独立，氮氧化物浓度由温度控制。在任何情况下，氮氧化物的转换率随着氨与氮氧化物比例增高趋近于1，但反应温度不能太高，不能直接用氨氧化气态氧。因此在标准的商业可控硅催化剂催化活性测试中，当氨与氮氧化物比例在1.1-1.2之间在，数据似乎符合零级动力学，此时氨相对于氨与氮氧化物比例大于1。

氨与氮氧化物比例对氮氧化物去除率的影响，已经被几个人通过几种SCR催化剂研究过包括inamar (1981)和 Tuenter (1986)等人。据报道，氮氧化物与氨在富氧条件下比例为1:1时在氮氧化物中被分子氧氧化的氨反应是缓慢的。目前和以前的文章中，大量的数据已经发表在文献中，表明反应1占SCR反应计量，与一个机制的基础上强烈吸附的氨和气体或弱粘结氮氧化物的反应是一致的。

3.4水的影响

水对反应混合物的加入导致氮氧化物转化率的显著减少。水的抑制在低的水含量和降低上述5%的水含量上是明显的。作为一个结果，氮氧化物转换是在工业利益范围内，水浓度实际上是独立的。对水的吸附作用很可能是在与氨的竞争中的活性位点的吸附方面解释的。实际上，水被称为比氨弱的碱比氨的数量级，但它也存在于更大的浓度，使最终所观察到的抑制效果合理化。因此，在图5中的趋势可以通过假设活性位点上的水的吸附平衡。

3.5二氧化硫的影响

对反应混合物中的二氧化硫的加入不影响氮氧化物的转化率（图6）。值得注意的是，调节催化剂的显然不是为了在去除氮氧化物获得显著的和可重复的结果，而是SO2的氧化对氮氧化物的去除情况进行观察，在充分条件催化剂SO2氧化测量发现等于新型催化剂的测定。考虑到处理过程涉及通过SO2的氧化催化剂表面上的硫酸盐的积累，据报道，氮氧化物去除加速，已达到2%，而稳定的硫酸盐已经用于新的商业SCR催化剂。目前的用水量约为1%，可以预计一种纯粹的化学机制下的显着的促进作用。然而，SCR代表条件在本研究调查下，整个过程是受两相间和运输现象（见下文）影响的，在整体上催化剂活性的预期变化很小，几乎不能观察到。值得强调的是，在现有数据和对前人文献的迹象分析基础上，这似乎主要是由于在新的商业催化剂使催化活性高之前就已经充分稳定的硫酸盐的存在。

3.6区域速度的影响

氮氧化物的依赖关系，去除效率为面积速度的倒数的一个函数如图7所示。这种依赖性通常是由以下方程描述：

-In(l- X)= kNo/AV (3)

其中x 为氮氧化物的转化；kNo为整体催化剂的活性常数。方程3可以推断假设在氮氧化物的一级动力学和氨的零阶动力学，是随着等温活塞流模型的整体反应。然而，在现实中，kNo是一个复杂的参数，包括内在的SCR反应动力学以及气固相和反应物中的氮氧化物与氨的扩散的影响。事实上，根据一个简化的分析，氮氧化物与气固相间传质系数K和效的化学反应速率常数Kc有关：

1/kNOx=1/kg 1/kc (4)

实际上kc是一个函数的钒含量和催化剂的孔结构被内粒子扩散强烈限制的

化学反应的速率；kg通常用相似的热管道中的层流传热问题的解决方案计算出来的。

图7的检验表明，直线相关的数据点是由反应3预测，但它并没有真正通过原点。这是由于kg对线性气体的速度的依赖，这是特别显着的面积速度。因此，反应3代表着描述反应器性能的近似方法。

3.7反应温度的影响

氮氧化物的去除效率对反应温度的依赖性的报道，在图8中的低（催化剂B），介质（催化剂A），和高（催化剂E）、钒含量的催化剂。由于存在界面和内局限性，在所有情况下的整体过程的表观活化能较低。的确，活化能为20 kcal/mol已在潮湿条件下的商业磨削蜂窝矩阵SCR催化剂在避免内部扩散控制后被测量。此外，独立的估计（见下文）表示，在图8的条件下的反应和外部扩散的速度相媲美。图8清楚地表明，增加的钒含量催化剂的活性增加了2倍。这样的变化是相当合理的，有效速率常数与化学速率常数的平方根成正比，可以采取的化学速率常数的体积含量成正比，并且，有效速率常数是相同的幅度作为外部扩散率。

3.8雷诺兹数的影响

为了研究相间传质的限制的影响，进行了不同的雷诺兹数的实验，最多的值超出了稳定的层流的限制。这些实验的结果是在图9中的氮氧化物，对低和高尘催化剂的重新认识，这可以考虑解释，在相间传质变得更快的条件下；在非常高雷诺兹数限制下，整个化学反应过程的内在速率将被控制。值得注意的是，在高的雷诺兹数获得的结果对应于小的氮氧化物转换率，这具有显着不确定的相关性。正因如此，和与氮氧化物浓度对数相关的kNOx，对整体催化剂的活性不断表现出显着的敏感性。

第4章 讨论

4.1氮氧化物去除动力学

动能的表达式之所以提出是根据氮氧化物、氨、氧气、水和二氧化硫所观察到的效果。

SCR反应的速率是氮氧化物的一阶和氨的零阶反应（图3和4）；然而在商业SCR中应用化学计量配比来减少氨比例的下滑。尾氨与硫酸氢铵沉积形成的SO3和H2O反应，导致腐蚀和制冷设备的催化反应器的下游压力下降的严重问题。氨的动力学很明显依赖于NH3为限制反应物（图4）。与所有这些观察的速率表达式给出为：

rNOx=kcCNOxCaNH3 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

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