SCR多元催化剂脱硝性能试验研究及数值模拟

随着中国经济飞速发展,中国电力工业产生的NOx污染不断加剧,控制氮氧化物的排放已经成为电力环保行业的重点。 本课题采用氨法选择性催化还原(SCR)技术,以自制纳米级V2 O5/TiO2基催化剂为研究对象,研究催化剂组成和操作条件对催化剂活性的影响。结合BET、XRD等表面分析手段考察了纳米级锐钛型TiO2为载体多元V2 O5-WO3(MoO3、CeO2)/TiO2脱硝催化剂,研究和讨论了反应温度、NH3/NO比、空速比等工艺参数对其脱硝(De-NOx )性能的影响以及不同助催化剂情况下对NO、NO2和N2O转化的影响,总结并比较催化剂的适用范围和条件。试验中发现分别含有助金属氧化物WO3、MoO3和CeO2的催化剂对脱氮性能影响不同,MoO3较WO3、CeO2对NO、NO2脱除效果更明显,但其生成的N2 O也高于后者;不混合其它族系金属氧化物CeO2催化剂的低温效应不明显。但其选择性好,生成N2 O的量少于WO3和MoO3。在W、Mo共混的四元催化剂中,当四元催化剂中W/Mo=1/2时,能获得较好的催化效果,同时使得催化反应的温度窗口变宽,但就其商业价值来说,在要求DeNOx效率不是很高的地方,性价比逊于三元催化剂。 在忽略外扩散的影响下,本文采用Eley-Ridea机理的一级动力学模型,根据反应条件适当简化,建立反应动力学模型,对试验数据进行回归分析。通过编制的Matlab程序,计算求出催化剂的本征反应活化能和指前因子,并对比其它参考文献的活化能进行分析。催化剂中3%WO3 -6.7%MoO3- V2 O5/TiO2的反应活化能最小,说明3%WO3 -6.7%MoO3 - V2O5 /TiO2反应温度的窗口范围较宽,同温度下,反应速率变化较快。 引入计算流体力学(CFD)Fluent软件,结合工业上运用较为广泛的蜂窝状、波纹状、斜板状催化剂结构和试验数据分析得出的化学动力学参数,在试验台基础上模拟了不同结构催化剂的流场,并对几种不同结构催化剂阻力进行分析对比。从流体力学角度考虑,波纹板和斜板能降低烟气对催化剂的冲刷;而从表面积灰的角度考虑,蜂窝状催化剂比较好,不会有沟流。波纹状的催化剂容易积灰,且斜角的缓坡容易形成桥连;此外,在此基础上还模拟了四种催化剂在反应器中DeNOx效率。模拟过程发现高空速比下催化剂的外扩散现象不明显,但内扩散不可忽略。