乙烷在金屬鐵表面還原NO的研究.pdf

1、燃煤是我國(guó)能源消耗的主要形式，在一次能源消耗結(jié)構(gòu)中占了很大的比例。而煤炭燃燒過(guò)程中生成的氮氧化物（NOx）是大氣的主要污染物之一，對(duì)人們的身體健康以及生存環(huán)境造成了巨大的危害。當(dāng)前，能源與環(huán)境問(wèn)題已成為世界各國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)，嚴(yán)格控制燃煤過(guò)程中NO的排放已成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵；因此研究氮氧化物的控制技術(shù)對(duì)切實(shí)保護(hù)環(huán)境和人體健康具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文主要在前期研究的基礎(chǔ)上，在水平布置程序控溫電加熱的陶瓷管反應(yīng)器中

2、對(duì)乙烷在金屬鐵作用下還原NO的特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并且與相同條件下甲烷在金屬鐵表面脫硝的效率進(jìn)行了對(duì)比。煙氣中NO的體積百分比約為0.05％， N2配平，反應(yīng)溫度為300~1100℃。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究了H2O對(duì)乙烷在金屬鐵表面還原NO的影響，并分析了不同條件下SO2對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。為深入研究有關(guān)反應(yīng)機(jī)理，分別采用SEM、XRD和EDS對(duì)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前后的鐵樣品進(jìn)行表面微觀結(jié)構(gòu)掃描、氧化產(chǎn)物組分以及表面微區(qū)成分定性和半定量分析。

3、得出如下結(jié)論：
　?。?）在N2氛圍條件下，乙烷能夠在金屬鐵表面高效的還原NO，并且還原效率隨著溫度的升高而不斷上升，同時(shí)C2H6的含量增加可提高NO的還原效率。當(dāng)溫度超過(guò)900℃以后，NO的還原效率超過(guò)95%，反應(yīng)過(guò)程中伴隨有副產(chǎn)物CO生成。當(dāng)以乙烷為還原劑時(shí)，乙烷能夠還原鐵的氧化物為金屬鐵，同時(shí)乙烷被氧化為CO2或CO，從而保證了鐵能夠持續(xù)脫除NO的能力。
　?。?）在模擬煙氣氛圍中乙烷能夠有效脫除NO，其脫除效率與反應(yīng)

4、段空氣過(guò)量系數(shù)密切相關(guān)。當(dāng) SR1<1.0時(shí)，乙烷一方面通過(guò)再燃機(jī)理直接有效地還原NO，另一方面能夠還原被氧化的鐵，從而保持了金屬鐵高效還原 NO的能力，當(dāng)溫度高于900℃時(shí)，乙烷在金屬鐵表面還原NO的效率達(dá)90%以上且有、無(wú)燃盡對(duì)NO的還原效率無(wú)影響；而當(dāng)SR1>1.0時(shí)，NO還原效率明顯下降，此時(shí)乙烷被煙氣中過(guò)多的氧氣所消耗而無(wú)法有效地還原NO及鐵氧化物，同時(shí)在高溫條件下，煙氣中富余的氧氣會(huì)加速金屬鐵的氧化而使其失去還原NO的能力。

5、
　?。?）將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相同條件下甲烷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較后發(fā)現(xiàn)，乙烷在金屬鐵表面脫除NO的效果比甲烷好，在700-900℃溫度范圍內(nèi)乙烷的脫硝效率顯著高于甲烷。這是由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中C2H6脫氫后生成的C2H4屬于不飽和烴，其化學(xué)鍵能比較低，含有的 C=C雙鍵容易破裂，因此更容易被氧化從而使其活性高于飽和烴，所以能夠以比CH4更高的活性在金屬鐵表面進(jìn)行還原NO的反應(yīng)。
　?。?）對(duì)反應(yīng)后鐵樣品進(jìn)行了XRD和SEM檢測(cè)分析。結(jié)果表明

6、，乙烷能夠有效還原鐵氧化物為金屬鐵，從而保持了鐵持續(xù)還原NO的能力；在富燃料條件下，反應(yīng)后的鐵樣品主要產(chǎn)物為FeO、Fe3O4，未檢測(cè)到Fe2O3，樣品表面較為致密平整；而在富氧條件下，反應(yīng)后鐵樣品主要產(chǎn)物為Fe3O4、Fe2O3，表面有較多的孔隙。這充分證明了過(guò)量的乙烷能夠有效還原實(shí)驗(yàn)過(guò)程中金屬鐵還原NO生成的氧化鐵，從而保證較高的NO脫除效率。
　?。?）實(shí)驗(yàn)研究了水蒸氣對(duì)乙烷在金屬鐵表面還原NO的影響，結(jié)果表明，當(dāng)煙氣中含有

7、水蒸氣時(shí)會(huì)加快金屬鐵的氧化，形成 Fe2O3、Fe3O4等氧化物，其蓬松多孔的結(jié)構(gòu)，為NO向樣品內(nèi)部擴(kuò)散提供了通道，使得在600-700℃溫度范圍內(nèi)與無(wú)水蒸氣相比，乙烷還原NO的效率有所提高。而隨著溫度的升高，乙烷還原鐵氧化物的速率加快，樣品表面形成了較為平整、致密氧化層，且當(dāng)乙烷進(jìn)口濃度增大時(shí)，樣品表面愈加趨于平整，這種結(jié)構(gòu)在一定程度上影響了鐵還原NO的能力。
　?。?）在模擬煙氣氣氛中，加入水蒸氣后不同反應(yīng)段過(guò)量空氣系數(shù)條件下

8、乙烷在金屬鐵表面還原NO的效率較無(wú)水蒸氣工況均有一定程度的提高。當(dāng)SR1<1時(shí)，加入H2O后乙烷在金屬鐵表面脫除NO的效率比無(wú)H2O條件下略有增加；而當(dāng) SR1>1且溫度高于900℃時(shí)，加入水蒸氣相比于未加入水蒸氣工況下，NO的還原效率提高非常顯著。
　?。?）煙氣中含有SO2時(shí)對(duì)乙烷在金屬鐵表面還原NO的效率影響較小。各工況下，加入SO2對(duì)NO的脫除效率有輕微的抑制作用，這是由于當(dāng)有SO2存在時(shí)，SO2會(huì)與金屬鐵發(fā)生反應(yīng)，在一定