選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝催化劑性能實(shí)驗(yàn)和脫硝過程數(shù)值模擬.pdf

1、本課題以自制V<,2>O<,5>/TiO<,2>基催化劑為研究對象，在催化活性測試反應(yīng)器中測試催化劑的活性，選擇出V<,2>O<,5>-WO<,3>/TiO<,2>催化劑作為本課題研究的催化劑，利用微分分析法，建立經(jīng)驗(yàn)性本征動力學(xué)方程，在此基礎(chǔ)上考慮傳質(zhì)過程，建立了宏觀動力學(xué)方程，分析蜂窩狀催化劑單孔通道內(nèi)的物理化學(xué)過程，建立了3-D數(shù)學(xué)模型，最后通過計算實(shí)例對所建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證。 試驗(yàn)中以某廠家提供的納米級銳鈦型TiO<

2、,2>為催化劑載體，通過浸漬法在表面負(fù)載V<,2>O<,5>、WO<,3>和MoO<,3>等物質(zhì)制備得到1﹪V<,2>O<,5>-10﹪WO<,3>(6﹪MoO<,3>)/TiO<,2>型催化劑及其對應(yīng)的二元催化劑6﹪MoO<,3>/TiO<,2>和1﹪V<,2>O<,5>/TiO<,2>?；钚詫?shí)驗(yàn)采用NO、O<,2>、N<,2>模擬煙氣，NH<,3>為還原氣體在自制反應(yīng)器中測試各催化劑樣品的活性。通過對制備的催化劑樣品的性能測試及比較

3、，選擇1﹪V<,2>O<,5>-10﹪WO<,3>/TiO<,2>(納米級、銳鈦型)作為本課題主要研究的催化劑。 對1﹪V<,2>O<,5>-10﹪WO<,3>/TiO<,2>(納米級、銳鈦型)催化劑進(jìn)行動力學(xué)分析，在驗(yàn)證內(nèi)、外擴(kuò)散對反應(yīng)的影響可以忽略不計的實(shí)驗(yàn)條件下，利用微分分析法得到建立了經(jīng)驗(yàn)性本征動力學(xué)方程，由此得到SCR反應(yīng)與NO成一級反應(yīng)，與NH<,3>成零級反應(yīng)，符合Eley-Rideal機(jī)理，即反應(yīng)發(fā)生在活性位

4、上強(qiáng)烈吸附的NH<,3>與氣相或微弱吸附的NO之間；考慮催化劑中的傳質(zhì)過程得到SCR宏觀動力學(xué)方程，并得到結(jié)論在宏觀動力學(xué)中，反應(yīng)受外擴(kuò)散影響不明顯，但內(nèi)擴(kuò)散影響不可忽略。 對蜂窩狀催化劑內(nèi)部的對流、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行了分析研究。由物料平衡建立壁面區(qū)域的控制方程，由幾何對稱性及擴(kuò)散平衡寫出邊界條件，生成自適應(yīng)網(wǎng)格，利用有限差分近似表達(dá)式對控制方程進(jìn)行離散，求壁面NO濃度分布。由物料平衡建立蜂窩狀催化劑通道內(nèi)部區(qū)域的控制方

5、程，由幾何對稱性及擴(kuò)散平衡寫出邊界條件，采用交替方向隱式(ADI)算法對控制方程進(jìn)行離散。最后通過方程式聯(lián)立，得到對于給定溫度、氣流速率、一定的脫硝效率和可接受氨泄露量的條件下最佳NH<,3>/NO比的計算方程式。 實(shí)例計算表明建立的數(shù)學(xué)模型和所提出的假設(shè)基本能符合實(shí)際情況。對壁面控制區(qū)域的計算得出：SCR反應(yīng)僅發(fā)生在靠近催化劑壁面的一薄層內(nèi)，其余部分均為死區(qū)。在對蜂窩狀催化劑通道內(nèi)部區(qū)域的計算過程中分析了催化劑單個孔內(nèi)NH