论文题目: 催化脱除燃煤烟气中NO_x的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 曲虹霞
导师: 王泽山,钟秦
关键词: 烟气,脱硝,选择性催化还原,直接分解,反应动力学
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 采用浸渍法制备V2O5/TiO2催化剂,在固定床反应器中对NH3选择性催化还原（SCR）NOx进行了实验研究。研究结果表明,对于100/140目催化剂,n（NH3）/n（NOx）=1.2时,NH3选择性催化还原NOx反应,对NOx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、V2O5质量分数和n（NH3）/n（NOx）分别为310℃、200ms、4.5%和1.2。实验结果表明,在适宜反应条件下,NOx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,NOx脱除率提高,当流量增至410kg/（m2·h）后,NOx脱除率趋于稳定。片状催化剂厚度由0.1cm增至0.2cm,NOx脱除率从83%降至40%,催化剂有效因子从0.254降至0.127。NOx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MoO3/TiO2催化剂,在较低温度下（≤310℃）,升高温度和降低空速,NOx脱除率提高;在反应温度较高时（>310℃）,NH3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NOx脱除率降低。在310℃、空速为12000h-1时,NOx转化率可达92%。FT-IR光谱和XRD分析结果表明,MoO3形成分散相,均匀分布在TiO2颗粒表面并形成稳定的Mo=O基,它的加入没有影响TiO2（锐态矿型）的结构和形貌。动力学研究结果表明,MoO3（6%）/TiO2、WO3（7%）/TiO2和V2O5（1.4%）-MoO3（6%）/TiO2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/m3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Ni2+可以提高催化剂的催化活性,掺杂Co2+可使催化剂的适宜反应温度降低,而掺杂Ce3+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。
论文目录:
1 引言
1.1 课题的研究背景
1.2 NO_x的生成机理
1.3 NO_x控制技术
1.3.1 选择性催化还原法脱除NO_x
1.3.2 直接催化分解法脱除NO
1.4 本课题的研究内容
2 V_2O_5／TiO_2催化剂性质和催化活性研究
2.1 实验部分
2.1.1 实验药品及实验设备
2.1.2 催化剂的制备
2.1.3 催化剂的孔容和颗粒密度测定
2.1.4 实验流程
2.2 SCR催化反应过程
2.3 V_2O_5／TiO_2催化剂上NH_3-SCR反应机理
2.4 催化剂的物理性质
2.4.1 V_2O_5／TiO_2催化剂的红外光谱分析
2.4.2 V_2O_5／TiO_2催化剂的XRD分析
2.4.3 NH_3在V_2O_5／TiO_2催化剂上的脱附研究
2.5 实验结果及讨论
2.5.1 温度对NO_x脱除率的影响
2.5.2 接触时间对NO_x脱除率的影响
2.5.3 NH_3／NO_x摩尔比对NO_x脱除率影响
2.5.4 V_2O_5含量对NO_x脱除率的影响
2.6 本章小结
3 V_2O_5／TiO_2催化剂上NH_3-SCR反应动力学研究
3.1 实验设备和药品
3.2 内、外扩散对SCR反应的影响
3.2.1 外扩散对反应的影响
3.2.2 内扩散对反应的影响
3.3 V_2O_5／TiO_2催化剂上NH_3-SCR反应本征动力学研究
3.3.1 轴、径向返混的影响
3.3.2 V_2O_5／TiO_2催化剂上NH_3-SCR反应本征反应速率方程的建立
3.4 V_2O_5／TiO_2催化剂上NH_3-SCR反应传质模型的研究
3.4.1 NO有效扩散系数的计算
3.4.2 传质系数的计算
3.4.3 传质方程的建立
3.4.4 内扩散效率因子η的计算
3.5 本章小结
4 MoO_3(WO_3)／TiO_2催化剂上NH_3-SCR反应特性研究
4.1 实验部分
4.1.1 实验药品及实验仪器、设备
4.1.2 催化剂的制备
4.1.3 催化剂的红外光谱分析
4.1.4 催化剂的XRD分析
4.2 MoO_3／TiO_2催化剂催化活性研究
4.2.1 温度对NO_x脱除率的影响
4.2.2 空速对NO_x脱除率的影响
4.2.3 催化剂中MoO_3含量对NO_x脱除率的影响
4.3 WO_3／TiO_2催化剂催化活性研究
4.3.1 温度对NO_x脱除率的影响
4.3.2 空速对NO_x脱除率的影响
4.3.3 催化剂中WO_3含量对NO_x脱除率的影响
4.4 V_2O_5-MoO_3(WO_3)／TiO_2催化剂催化活性研究
4.4.1 V_2O_5(1.5％)-MoO_3(6％)／TiO_2和V_2O_5(1.5％)-WO-3(6％)／TiO_2催化体系脱除NO_x反应的比较
4.4.2 温度对V_2O_5(1.5％)-MoO_3(6％)／TiO_2催化活性的影响
4.4.3 空速对V_2O_5(1.5％)-MoO_3(6％)／TiO_2催化活性的影响
4.5 MoO_3／TiO_2、WO_3／TiO_2和V_2O_5-MoO_3／TiO_2三种催化体系动力学研究
4.6 本章小结
5 Cu-ZSM-5分子筛催化剂上NO分解反应特性研究
5.1 NO在Cu-ZSM-5分子筛上分解反应机理
5.2 实验
5.2.1 实验仪器与药品
5.2.2 催化剂的制备
5.2.3 催化剂的表征
5.2.4 催化反应装置
5.2.5 实验流程
5.3 实验结果与讨论
5.3.1 制备条件对Cu-ZSM-5催化剂活性的影响
5.3.2 Cu-ZSM-5催化剂脱硝反应活性研究
5.3.3 Ni~(2+)掺杂Cu-ZSM-5催化剂脱硝反应活性研究
5.3.4 Co~(2+)掺杂Cu-ZSM-5催化剂脱硝反应活性研究
5.3.5 Ce~(3+)掺杂Cu-ZSM-5催化剂脱硝反应活性研究
5.3.6 Ni~(2+)、Ce~(3+)同时掺杂的Cu-ZSM-5催化剂脱硝反应活性研究
5.4 NO在Cu-ZSM-5上直接分解反应宏观动力学研究
5.4.1 NO在Cu-ZSM-5上直接分解反应宏观动力学方程
5.4.2 宏观动力学方程的验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录
发布时间: 2005-09-12
参考文献
- [1].生物法降解硅氧烷、硫化氢和甲硫醇的基础研究[D]. 王佳佳.天津大学2015
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