水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响

采用程序控温电加热水平陶瓷管反应器,在N2气氛和模拟烟气气氛中、300~1100℃下,研究了水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响,并对反应前、后铁样品进行了X光衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X光电子能谱(XPS)等表征。结果表明,水蒸气对甲烷在金属铁表面还原NO行为的影响较小。在N2气氛中,水蒸气参与了金属铁的氧化;与无水蒸气时相比,水蒸气存在时NO还原效率有所下降。当水蒸气含量从2.5%增加到7%时,由于水蒸气对金属铁的氧化导致其表面形成疏松的微观孔隙,使得NO的还原效率随水蒸气含量的增加而提高。甲烷则参与了铁氧化物的还原,使铁样品表面形成相对致密的Fe3O4和FeO氧化层,不利于NO与金属铁的接触,使得NO的还原效率低于无甲烷时的结果。在模拟烟气条件下,水蒸气使得甲烷在金属铁表面还原NO的效率增加;在1050℃下,反应段过量空气系数SR1=0.7和燃尽段过量空气系数SR2=1.2时,含7%的H2O和无H2O条件下脱硝效率分别为96.7%和90.6%。而在湿烟气中SO2使NO还原效率略有下降。持久性脱硝实验结果表明,当反应温度为1050℃时,在含7%的H2O、0.02%的SO2的模拟烟气中,1.14%的甲烷在金属铁表面持续50h都能保持90%以上的脱硝效率。     

丙烷在金属铁表面还原NO的实验研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器、N2气氛和模拟烟气气氛以及300~1 100℃时,对丙烷在金属铁表面还原NO的特性进行了实验研究,并且与相同条件下甲烷在金属铁表面脱硝的效率进行了对比。结果表明,丙烷在金属铁表面能够高效地还原NO。N2气氛中在500~900℃,丙烷在金属铁表面的脱硝效率高于相同含量的甲烷脱硝效率,900℃以上丙烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%,并且与甲烷的脱硝效率差别很小。模拟烟气条件下,当过量空气系数SR1小于1.0时,温度超过900℃后丙烷在金属铁表面还原NO的效率能够达到90%以上,且有、无燃尽的情况下,NO的还原率相差不大。在相同的条件下,丙烷在金属铁表面的脱硝效率高于相同条件下甲烷的脱硝效率。SO2对丙烷在金属铁表面还原NO的效率影响很小,可以忽略。     

乙烷在金属铁表面还原NO的实验研究

温度300~1 100 ℃时,由程序控温电加热水平陶瓷管反应器在N₂气氛和模拟气氛下,对乙烷在金属铁表面还原NO的特性进行了实验研究。结果表明,乙烷在金属铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛中,温度高于900 ℃时,乙烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%。在模拟烟气条件下,当温度超过900 ℃,且过量空气系数小于1.0时,乙烷在金属铁表面还原NO的效率能够达到90%以上。相同条件下,乙烷在金属铁表面脱硝效率高于甲烷的脱硝效率。SO₂对乙烷在金属铁表面还原NO的效率影响可以忽略。对反应后的铁样品的组分进行了XRD表征,在此基础上对反应机理进行了分析。结果表明,在模拟烟气条件下NO的还原通过乙烷的再燃脱硝和金属铁直接还原两个机理完成。金属铁直接还原NO时生成的氧化铁则被乙烷还原为金属铁,从而使得金属铁能够持续对NO进行直接还原。乙烷再燃还原NO的中间产物HCN被氧化铁氧化为N₂,同时氧化铁也被HCN还原为金属铁。这一过程增强了NO的持续还原反应,同时避免了在燃尽时HCN二次氧化重新生成NO,从而保证了较高的NO还原效率。     

甲烷在氧化铁表面还原NO的特性与反应机理研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器中,在300~1 050 ℃,对N₂气氛中甲烷在氧化铁(充分氧化后的铁丝网卷)表面还原NO的特性进行了实验研究,测试了NO脱除效率、CO生成量以及反应后铁样品表面组分和微观状态的变化特点,分析了甲烷在氧化铁表面还原NO的反应机理。在此基础上,在1 000 ℃时,对模拟烟气条件下甲烷在氧化铁表面还原NO的持久性进行了实验研究。结果表明,甲烷在氧化铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛下,在850 ℃以上达到100%的NO脱除效率。在模拟烟气中,甲烷在氧化铁表面脱除NO的能力具有很好的持久性。实验结果表明,在1 000 ℃时,采用由体积分数为2.0%的O₂、16.8%的 CO₂和524×10^-6的 NO,N₂配平的模拟烟气,1.17% CH₄能够在连续100 h内保持100%的NO脱除效率,而未出现下降的趋势。对反应机理的研究结果表明,甲烷在氧化铁表面还原NO的机理包括甲烷通过再燃机理还原NO以及甲烷通过在氧化铁表面还原氧化铁为金属铁、金属铁进而直接还原NO两种主要反应机理。其中,后者为主要反应机理。     

甲烷在金属铁及氧化铁表面还原NO的研究

在程序控温电加热水平陶瓷管反应器、N₂气氛和模拟烟气气氛及300~1 100℃时,对甲烷在金属铁及其氧化铁表面还原NO的特性进行了实验研究。为使甲烷在脱硝反应后完全燃尽以及脱硝反应过程生成的CO等中间产物完全燃尽,在第一段加热炉后串联了第二段加热炉,补充氧气,实现燃尽。结果表明,甲烷在金属铁及氧化铁表面能够高效地还原NO。在N₂气氛中,在900℃以上温度范围内甲烷在金属铁表面的脱硝效率超过95%,与甲烷在氧化铁表面的脱硝效率差别很小。在模拟烟气条件下,当过量空气系数小于1.0时,在900℃以上时,甲烷在金属铁和氧化铁表面的脱硝效率都能超过90%,且未燃尽和燃尽两种条件下NO的还原率相差不大。NO同时通过金属铁的直接还原和甲烷的再燃还原两种反应机理脱除。而甲烷则通过还原氧化铁为金属铁,从而使金属铁直接还原NO可持续进行。同时,甲烷再燃反应的中间产物HCN/NH₃等被氧化铁还原,从而使燃尽后的脱硝效率不下降。研究结果表明,甲烷和金属铁或氧化铁在富燃料条件下可有效地还原NO。     

金属铁与丙烯共同还原NO的特性与机理

研究了丙烯在金属铁作用下还原NO的特性。采用陶瓷管流动反应器在300-1 100℃研究了不同条件下的NO还原效率,考察了SO_2的影响,采用XRD、SEM和EDS分析了反应后金属铁表面的组分和微观结构特征。结果表明,丙烯在金属铁作用下具有良好的NO还原效果。在N_2气氛,温度超过800℃后,金属铁作用下丙烯还原NO的效率达到了95%以上。在模拟烟气、富燃料条件下,温度高于900℃时,丙烯与金属铁还原NO的效率超过了90%。SO_2对丙烯在金属铁作用下还原NO的效率影响很小。机理分析表明,当丙烯与金属铁共同还原NO时,一方面,NO被金属铁直接还原,同时丙烯还原氧化铁为金属铁;另一方面,丙烯通过再燃机理还原NO,同时再燃中间产物被氧化铁氧化为N_2。     

Fe-Ag/Al_2O_3催化丙烯还原NO的实验研究

以蜂窝状陶瓷为载体,采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了不同Fe/Ag负载量的Fe-Ag/Al_2O_3催化剂。以C_3H_6为还原剂,在模拟烟气条件下和200-700℃范围内,程序控温的陶瓷管流动反应器上进行了催化还原NO的性能评估。结果表明,7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM在500和550℃时催化C_3H_6还原NO的脱硝效率分别超过90%和达到100%。铁离子能有效地提高Ag/20Al_2O_3/CM催化剂抵抗烟气中的SO_2和H_2O的能力。结果表明,当烟气中含有体积分数为0.02%的SO2和8%的H_2O时,在500℃时7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM催化C_3H_6还原NO的脱硝效率不受影响,在6 h的连续实验中保持90%的脱硝效率而没有下降。而未经铁离子修饰的2Ag/20Al_2O_3/CM的催化活性则受烟气中的SO2和H_2O影响很大,0.02%的SO2和8%的H_2O分别使2Ag/20Al_2O_3/CM在500℃时催化C_3H_6还原NO的脱硝效率迅速从70%分别下降至46%和25%。XRD和SEM表征结果表明,经铁离子修饰后的7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM催化剂中,形成了AgFeO_2以及Fe~(3+),催化剂表面变得疏松多孔,形成以Fe_3O_4为主的针状和片状晶体。H_2-TPR结果表明,7.2Fe/1.9Ag/20Al_2O_3/CM比Ag/20Al_2O_3/CM在更宽的温度范围内具有更好的还原特性。吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)实验结果显示,Fe增加了催化剂表面的Lewis酸性位。     

V2O5-CeO2/TiO2催化剂上低温氨选择性催化还原NO的性能

考察了V2O5-CeO2/TiO2催化剂中V、Ce活性组分的担载量和焙烧温度对催化剂低温催化还原NO活性的影响及其在单独SO2、H2O和两者共存气氛下的抗毒化性能。结果表明,焙烧温度400℃下制备的5V30Ce/TiO2催化剂具有良好的低温催化还原NO活性,空速为10000h-1,165℃时NO转化率达99.2%;500℃以下低焙烧温度时,添加的Ce不与V相互作用,在催化剂表面主要以CeO2形式存在,有利于增大催化剂比表面积,增强V2O5在催化剂上的分散度,提高催化活性。而在500℃以上较高焙烧温度下,Ce与V会形成CeVO4,对活性提高不利。催化剂具有良好的低温抗水中毒性能,但受SO2毒化作用明显,其在SO2、H2O共存气氛下中毒程度较单独SO2下浅。     

含氧煤层气流化床催化燃烧脱氧特性研究

利用自制的铜基球形甲烷催化燃烧催化剂,在小型流化床反应器中对模拟含氧煤层气进行了流化床催化燃烧脱氧的实验研究,考察了床层温度、催化剂粒径、空速对脱氧效率和CO₂选择性的影响。结果表明,较高的反应床层温度使催化剂活性增强,进而提高催化脱氧效率。床层温度在450 ℃以上,脱氧效率可稳定保持在95%以上。较小的催化剂粒径降低了内扩散阻力对催化反应的影响,提高催化反应的CO₂选择性。床层温度在450 ℃以下时,降低空速可提高氧气转化率,但温度高于450 ℃时,脱氧反应速率加快,空速变化对脱氧效率影响不明显。此外,通过调节CH₄/Air比例模拟不同含氧量的煤层气,考察流化床反应器及催化剂对含氧煤层气中O₂浓度变化的适应性。模拟含氧煤层气中氧气体积分数在5%~15%,该催化剂均表现出高的脱氧活性和选择性,反应器出口气体中氧气体积分数低于0.2%,CO₂选择性高于98%。     

流化床快速制不定形活性焦脱除烟气中SO2的研究

利用大型流化床制得了适用于脱除烟道气中二氧化硫的不定形活性焦AC-A，并对其进行了特性分析，在固定床上考察了不同条件下脱除SO2的性能。与硫容相近的商业活性焦AC-B的脱硫性能对比，发现其脱硫性能较好。实验结果表明，在烟气中的二氧化硫的体积分数为0.05%~0.12%，反应温度为80 ℃～100 ℃，空速（GHSV）为1 200 h-1，O2的体积分数为6%，水蒸气为10%的情况下，活性焦AC-A保持SO2脱除率在90%以上达5 h。再生循环脱硫实验表明，活性焦AC-A具有良好的再生脱硫活性。     

Effect of SO2 on the NO Oxidation over Different Oxide Supports

The catalytic oxidation of NO to NO₂ in flue gas will enable removal of NO_x through wet scrubbing of NO_x simultaneously with SO₂.The activity of catalyst used in reaction has strong relation with its support material. In this work the oxidation of NO to NO₂ in the simulated flue gas (NO 550ppm, SO₂ 2500ppm, O₂ 4.5% and balance N₂) has been investigated over different oxide support materials. The tests of support activities were carried out in a fixed-bed reactor at a space velocity of at least 3000h^-1. The effluent gas composition was analyzed by gas chromatography. The SO₂ effect on the oxidation pf NO at 150℃ was studied using four different support materials as Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂ and SiO₂.     

Co/Fe/Al2O3/cordierite催化C3H6选择性还原NO的实验研究

采用溶胶凝胶法和浸渍法制备了负载于蜂窝陶瓷上的Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,在陶瓷管流动反应器上对其催化C₃H₆选择性还原NO的性能进行了测试。结果表明,该催化剂表现出最优脱硝性能,在模拟烟气条件下,当反应温度为550 ℃时可实现97%的脱硝效率。Co的引入可显著增强Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂抗SO₂和H₂O的能力。在模拟烟气中同时引入0.02% SO₂和3% H₂O后,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite的脱硝性能受影响甚微,当反应温度高于500 ℃时1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite催化C₃H₆还原NO的效率均可达到90%以上;相比之下,未经Co修饰的催化剂Fe/Al₂O₃/cordierite脱硝性能受到了严重的抑制,在整个反应温度区间（200-700 ℃）内,其催化C₃H₆还原NO的效率最高不足50%。XRD和SEM表征结果表明,经过适量的Co修饰后的1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite表面变得更疏松,且形成了以钴铁和钴铝双金属氧化物为主要成分的球状晶粒。H₂-TPR结果表明,相比于Fe/Al₂O₃/cordierite,1.5Co/Fe/Al₂O₃/cordierite有更好的低温还原性能。Py-FTIR结果表明,Co的引入可使催化剂表面的Lewis酸明显增加,且生成了Brønsted酸。N₂吸附-脱附表征结果表明,Co可增大催化剂的比表面积。     

丙烷在Ce-Fe/Al2O3/cordierite上选择性催化还原NO

利用凝胶溶胶法和浸渍法制备了Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂,实验研究了其催化丙烷选择性还原NO的特性。结果表明,当铈的负载量从1%增加至5%时,Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite的C₃H₈-SCR性能先增强后减弱,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite具有最佳的脱硝性能,在有氧条件下,600℃时可实现96.5%的脱硝效率。Ce的加入能够提升Fe/Al₂O₃/cordierite催化剂的抗硫性能。烟气中通入0.02%的SO₂后,3.5Ce-Fe/Al₂O₃/cordierite催化丙烷还原NO的转化率始终维持在93%,而没有经过Ce修饰的Fe/Al₂O₃/cordierite的NO转化率从88%下降为80%左右。利用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、H₂-TPR、吡啶吸附红外光谱等手段研究了催化剂的物理化学性质。结果表明,加入助剂铈能与Fe形成了固溶体,增加催化剂表面Lewis酸浓度和氧化还原能力,从而提高了催化丙烷还原NO的性能。过多的铈引入会减少Fe₂O₃结晶体的形成,不利于在C₃H₈-SCR反应中形成NO₂/NO₃^-物种,从而导致NO还原效率下降。     

钛纳米管负载锰催化剂的低温选择性催化还原脱硝性能

采用水热法合成了钛纳米管（TiNT）,以400℃焙烧后得到的TiO₂纳米管为载体,采用浸渍法制备了MnO_x/TiNT催化剂,用于低温NH₃选择性催化还原脱NO反应（SCR）。BET、TEM、XRD及TG测试表明,经过400℃焙烧之后的钛纳米管主要成分为锐钛矿型TiO₂,所制备的催化剂活性组分分散性较好。在模拟烟气条件下,考察了锰负载量、空速、O₂含量、氨氮比及进口NO浓度对MnO_x/TiNT的SCR催化性能的影响。在150℃、\[NH₃\]/\[NO\]比为1.2、O₂浓度为3%、NO浓度为0.06%、空速GHSV为23613.8h^-1、Mn的负载量为5%~15%的条件下,NO的转化率达到95%以上。反应气氛中单独通入水会造成催化剂的活性下降;切断H₂O,催化剂的活性可以恢复至初始水平。温度越高,催化剂抗水性能越好,而且水存在情况下的抗硫性能优于其单独抗硫性能。再次切断H₂O和SO₂,催化剂的活性逐渐上升,但不能恢复到初始水平。