论文题目: 氨选择性催化还原（SCR）氮氧化物的V2O5/TiO2基催化剂活性及动力学研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 环境工程
作者: 李敏
导师: 金保升
关键词: 氮氧化物,选择性催化反应,催化剂,反应动力学
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 中国的氮氧化物（NOx）污染问题日益严重,对NOx进行控制是大势所趋。本课题采用氨法选择性催化还原（SCR）技术,以自制V2O5/TiO2基催化剂为研究对象,在自制催化活性测试反应器中测试制备催化剂的活性,结合多种催化剂表征技术,研究催化剂组成和操作条件对催化剂活性的影响,优化催化剂组成和操作条件。此外对SCR催化剂进行了动力学研究,建立了数学模型。试验中先后以锐钛型的工业级TiO2和两个不同厂家提供的纳米级TiO2为催化剂载体,通过浸渍法在表面负载V2O5、WO3和MoO3等物质制备得到V2O5-WO3（MoO3）/TiO2型催化剂。活性实验采用NO,SO2,O2,N2模拟烟气,NH3为还原气体在自制反应器中测试催化剂的活性。实验发现A企业提供的纳米TiO2为载体的催化剂活性最差,工业级TiO2次之,B企业提供的纳米TiO2活性最好,其活性甚至优于商业催化剂。究其原因是A企业提供的纳米TiO2在制备中与V2O5发生了反应,工业级TiO2制备的催化剂比表面较小。所以本课题主要研究了以B企业提供的纳米级TiO2为载体制备的V2O5-WO3（MoO3）/TiO2型催化剂的活性和动力学。催化剂活性随着V2O5负载量的上升而上升,但负载量大于1%（重量比）时NOx脱除的活性上升有限,而N2O会大量生成,所以V2O5含量选择1%比较合适;催化剂在300～400℃转化率较高,达到95～99%,反应峰值温度为390℃;在NH3/NOx<1时,NOx脱除率随之线性增加,NH3/NOx>1时,脱除率上升趋缓;氧气浓度在大于2%时对NO脱硝率几乎无影响。所以在电厂省煤器和空预器之间的300～400℃温度和较高的氧含量,V2O5-WO3（MoO3）/TiO2型催化剂具有较好的SCR活性。对1%V2O5-10%WO3-TiO2（B,纳米）催化剂进行动力学分析,得到在试验条件下SCR反应与NO为一级反应,与NH3成零级反应,反应本征活化能为73.29kJ/mol;符合Eley-Ridea机理,即反应发生在活性位上强烈吸附的NH3与气相或微弱吸附的NO之间;在该催化剂中,外扩散现象不明显,但内扩散不可忽略。建立了NOx转化的数学模型并获得单一的解析解。试验结果与模型预测比较一致,模型能够较好的预测NOx的转化率,为催化剂的设计和SCR工艺运行提供指导。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 背景
1.1.1 NO_x危害及产生
1.1.1.1 NO_x危害
1.1.1.2 NO_x来源
1.1.1.3 燃烧中NO_x的生成途径
1.1.2 国内NO_x污染控制
1.1.3 国外NO_x污染控制
1.2 烟气中NO_x污染控制技术
1.3 本课题研究目的与内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
第二章 氨法选择性催化还原（SCR）脱除氮氧化物的研究现状
2.1 SCR 反应的化学机理
2.1.1 主反应
2.1.2 副反应
2.2 商业工业催化剂
2.2.1 金属氧化物催化剂的组成
2.2.2 商业催化剂的形态
2.3 催化剂组成及操作条件对催化活性的影响
2.4 SCR工艺和SCR反应器
2.4.1 SCR工艺
2.4.2 SCR反应器
第三章 V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2催化剂的制备
3.1 催化剂制备基本试验装置
3.2 催化剂制备试验
3.2.1 基于工业级TiO_2的催化剂制备
3.2.2 基于纳米级TiO_2的催化剂制备
本章小结
第四章 V_2O_5-WO_3(MoO_3)/TiO_2催化剂活性试验及其讨论
4.1 催化活性实验
4.1.1 待测催化剂
4.1.2 试验流程和装置
4.1.3 试验方法
4.1.3.1 试验原理
4.1.3.2 试验步骤
4.2 催化剂的微观结构的表征
4.2.1 催化剂构型分析
4.2.2 X射线衍射表征（XRD）
4.2.3 傅立叶变换的红外光谱分析（FT-IR）
4.2.4 扫描电镜（SEM）
4.3 催化剂的活性试验结果及分析
4.3.1 以工业级TiO_2为载体的催化剂活性试验结果及分析
4.3.1.1 温度对NO_x转化率的影响
4.3.1.2 O_2浓度对NO_x转化率的影响
4.3.1.3 NO_x浓度对NO_x转化率的影响
4.3.1.4 NH_3/NO_x (氨氮比)对NO_x转化率的影响
4.3.1.5 V_2O_5的负载量对NO_x转化率的影响
4.3.1.6 助催化剂对NO_x转化率的影响
4.3.1.7 空速比（AV）对NO_x转化率的影响
4.3.1.8 SO_2对NO_x转化率的影响
4.3.1.9 反应前后催化剂外观的变化
4.3.2 以纳米级TiO_2为载体的催化剂活性试验结果及分析
4.3.2.1 催化剂V_2O_5-WO_3/TiO_2（A，纳米级，锐钛型）活性试验
4.3.2.2 催化剂V_2O_5-WO_3/TiO_2（B，纳米级，锐钛型）活性试验
4.3.3 国外催化剂活性试验结果及分析
本章小结
第五章 SCR多相催化中的反应机理及动力学模型研究
5.1 SCR多相催化反应机理
5.1.1 Eley-Rideal机理
5.1.2 Langmuir-Hinshelwood机理
5.2 SCR 多相催化反应动力学
5.2.1 物理参数
5.2.2 有效扩散系数De的计算
5.2.3 NO本征反应速率常数
5.2.4 NH_3-SCR反应动力学模型的研究
5.2.4.1 气—固相间传质（外扩散）
5.2.4.2 恒温粒内传质（内扩散）
5.2.4.3 NO的脱除率x_(NO)模型
5.2.4.4 外扩散对反应的影响
5.2.4.5 内扩散对反应的影响
本章小结
第六章 全文总结和进一步工作建议
6.1 主要结论
6.2 今后进一步工作建议
参考文献
致谢
作者硕士期间发表论文
发布时间: 2007-06-11
参考文献
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