铁基催化剂脱除NO气体的研究现状

对金属铁及其化合物在烟气脱硝过程中的催化作用的研究进展进行了综述。金属铁能够直接催化还原NO为N2,同时铁被氧化为铁的氧化物。当在烟气中补充一定量的还原气体CO,则CO通过还原铁的氧化物以保证金属铁和NO的连续反应,从而提高NO的脱除效率。在典型的模拟烟气条件下铁丝网在900℃以上可达到90%以上的脱硝效率。Fe2O3能有效地还原再燃脱硝过程的中间产物HCN/NH3,从而大幅度提高再燃脱硝的效率。此外,Fe-ZSM-5分子筛也具有催化还原NO的性能。铁催化还原NO的微观反应机理尚需深入研究。     

O2浓度对污泥燃烧还原性气体产生及还原NO的双重影响

在模拟水泥预分解炉装置上研究污泥燃烧过程中还原性气体的产生及其对NO的还原,并系统研究了O₂浓度（体积分数为0～5%）对还原性气体产生及NO还原的双重影响。TG-FTIR特征分析表明,污泥燃烧产生的还原性气体主要为HCN、NH₃、CO和CH₄。进一步实验研究发现O₂浓度对HCN和NH₃的产生有明显影响,HCN和NH₃在O₂体积分数为3%时产生速率最大。同时,O₂浓度对污泥燃烧还原NO有较大影响。在污泥燃烧温度为900℃,烟气中CO₂体积分数为25%、NO浓度为600mg/m³、SO₂浓度为200mg/m³、O₂体积分数为3%时,NO还原率可达到最大（55.8%）。通过还原性物质（NH₃、CO、CH₄和污泥焦）对NO的还原实验研究进一步发现,NH₃和CO是污泥燃烧过程中NO还原的关键物质,且NH₃对NO的还原随着O₂浓度的增加而增加,而CO对NO的还原受O₂浓度的限制。综合分析表明,O₂浓度对污泥燃烧NO还原的影响主要是由NH₃的产生速率差异、NH₃和CO对NO的还原起主导作用且受O₂浓度影响较大等多种因素综合导致。采用污泥作为还原剂进行NO还原是一种高效的方法,在水泥生产中可通过控制O₂浓度获得较高的NO还原率。     

煤焦直接还原脱除烟道气氮氧化物

选用3种不同煤焦,采用程序升温和恒温实验方法,在固定床上考察了不同实验条件下的NO转化率和C对NO选择性,分析了煤焦脱硝的机理和影响因素。实验结果表明：NO和O₂在煤焦表面发生化学吸附所形成的络合物在脱硝过程中起着关键作用,影响C-NO反应和C-O₂反应的竞争与协作关系。在所考察的煤焦中锡林浩特褐煤焦脱硝效果最好,当温度为723 K时烟道气中NO还原率可达99%;在温度623～923 K、O₂浓度0～5%范围内,提高温度和O₂浓度均有利于提高NO转化率,而降低O₂浓度有利于提高C对NO选择性;烟道气中NO浓度越高,其转化率越低,但C对NO选择性越高。     

高分子非催化还原（PNCR）烟气脱硝技术的应用研究

主要从高分子非催化还原(PNCR)烟气脱硝技术的机理出发,研究了各影响因素对PNCR脱硝效率的影响。研究表明,高分子脱硝剂具有较好的温度可调控性以及非催化还原性能。当锅炉炉膛温度在850～1 100℃时,脱硝效率随着脱硝温度的升高先增大后减小,在950℃时达到最高;随着O₂浓度的增大,脱硝效率降低;以225 t/d焚烧炉为例,脱硝效率随着脱硝剂耗量的增加而增大,但当脱硝剂耗量超过20 kg/h时,脱硝效率增加幅度变小。可为高分子非催化还原(PNCR)烟气脱硝技术提供一定的理论和技术支撑。     

活性炭负载磷钨酸用于烟气脱硝抗水性能实验研究

通过硝酸活化和高温水热活化方法对活性炭进行表面改性,之后在改性活性炭上负载不同含量的磷钨酸考察催化剂在有水蒸汽条件下的催化氧化脱硝催化活性,初始反应条件为：温度80 ℃,空速800 h^-1,O₂体积分数为5%、H₂O体积分数为4.2%、NO含量为443 mg·m^-3。通过FT-IR表征制备的催化剂评价前后表面有机活性基团的变化,将不同磷钨酸负载量下活性炭催化剂的脱硝活性评价结果和红外光谱结合,结果表明,湿气条件下,磷钨酸负载质量分数为10%时制备的催化剂能够较好地保持催化氧化脱硝稳定性,NO脱除效率约40%。考察不同操作参数,如温度、水蒸汽含量、O₂含量和空速对负载质量分数10%磷钨酸的活性炭催化剂催化氧化脱硝抗水性能的影响,最优操作条件：温度120 ℃,O₂体积分数8%,水蒸汽体积分数6%,空速1 000 h^-1,催化氧化反应的NO转化率达62%。     

选择催化还原(SCR)反应机理研究进展

简述了NH₃和NO在催化剂表面吸附、转化活化和反应历程及H₂O和SO₂对以上反应行为的影响。分析表明,NH₃氧化脱氢进而与NO反应是决定NH₃反应性和最终产物的关键。NO以气态（Eley-Rideal机理）或硝基类物质等吸附态（Langmuir-Hinshelwood机理）形式参与选择催化还原（SCR）反应。提高催化剂酸性和氧化还原循环性能,利于NH₃和NO吸附和转化及相互间反应。高温时,H₂O影响轻微,而SO₂增强催化剂酸性,提高脱硝活性。低温时,H₂O和SO₂抑制NO吸附和转化活化,导致硫铵盐累积和活性位转变为硫酸盐使催化剂失活。因此,提高抗H₂O、抗SO₂性能是低温脱硝催化剂研发的重要方向。而发展在线升温等再生工艺以解决硝酸盐或含硫化合物导致的失活问题,对保障低温脱硝系统长期稳定运行具有重要意义。     

Fe对高温还原区煤焦/NH3还原NO的影响

利用高温管式炉实验系统,研究了高温还原性气氛下煤焦与矿物质Fe对氨气还原NO的影响,其中煤焦包含原煤焦、脱矿煤焦和浸渍铁煤焦三种。结果表明：在均相还原中NO还原效率随着氨氮体积比(V(NH₃)∶V(NO))的增加而增加;1 000℃～1 300℃温度范围内,随着温度的升高,出口NO浓度显著降低,1 400℃～1 600℃温度范围内,出口NO浓度呈现先增加后降低的趋势;原煤焦参与NH₃异相还原NO反应中出口NO浓度较NH₃均相还原NO反应中出口NO浓度低,这是由于原煤焦协同NH₃促进NO的异相还原;相对于原煤焦而言,脱矿煤焦对NH₃还原NO的促进效果更显著,并且NH₃协同脱矿煤焦对NO异相还原的促进作用随着温度的升高而增强;浸渍铁煤焦对NH₃还原NO的过程表现为抑制作用,并且在1 500℃下抑制作用更为明显,其原因为铁与氨基结合为含铁络合物,降低了体系用于还原NO的NH₂/NH自由基浓度。     

介质阻挡放电中气体成分对NOx脱除的影响

利用介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体进行烟气的脱硝实验,研究了在乙烯存在的条件下,温度和其他烟气成分对NO_x脱除率的影响。结果表明:随着温度的升高,NO脱除速率增快;模拟烟气中加入CO₂,在能量密度较低时,CO₂作为电负性分子会降低自由基的生成,导致NO的脱除率降低,随着能量密度的升高,CO₂对NO脱除的影响减小;模拟烟气中加入水后可以产生更多的OH、HO₂等自由基,促进NO的氧化;SO₂的加入会与自由基O反应,使初始反应中O与C₂H₄的反应速率减弱,从而影响了NO的氧化速率,但O₃、HO₂等强氧化自由基会优先与NO反应,因此SO₂的加入不会影响NO最终的脱除率。     

烧结烟气中成分对焦炭还原NO影响的实验研究

利用烧结烟气循环流化床燃烧的深度净化技术,可低成本、高效地实现烧结烟气中污染物的超低排放。为了探究该技术中循环流化床密相区内焦炭还原NO的机理,以焦作无烟煤所制焦炭为实验对象,利用高温立式管式炉实验台模拟循环流化床密相区,在750℃～950℃温度下,研究烧结烟气中分别加入组分CO,CO₂,O₂时,焦炭还原NO的转化率随时间变化规律。结果表明：在无O₂通入的反应条件下,随着反应温度的提高,焦炭对NO的还原率逐渐增加;CO的加入提升了焦炭对NO的还原率,在反应温度为900℃时,加入体积分数为0.4%的CO可最大提升17%的NO还原率;CO₂的加入则抑制了焦炭对NO的还原率,在反应温度为950℃时,加入体积分数为10%的CO₂使得NO还原率最大降低了21%;O₂的加入明显抑制了焦炭对NO的还原效果,在反应温度为950℃,通入气体中体积分数为13%的O₂时,NO的还原率下降至31%,且明显缩短了焦炭的还原时间。研究结果可为烧结烟气循环流化床燃...     

等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO2/NO联合脱除特性

燃煤锅炉污染物超低排放标准对电厂脱硫和脱硝系统提出了更高的要求。CaO作为脱硫剂可以实现循环流化床锅炉烟气中SO₂的高效脱除,焦炭作为还原剂直接还原NO,同时CaO的存在对焦炭还原NO起催化作用,可以实现燃煤烟气中SO₂/NO的联合脱除。为了探究连续温度变化对CaO/生物质焦联合脱硫脱硝性能的影响,在钙循环捕集CO₂技术背景下,研究了等速升温流态化下CaO/生物质焦的SO₂/NO联合脱除特性。探究了烟气中O₂和CO₂对CaO/椰壳焦脱除SO₂/NO的影响。结果表明,O₂通过对椰壳焦表面碳原子的活化作用降低了异相还原NO温度,在300~950℃等速升温过程中CaO/椰壳焦的NO脱除效率逐渐增加,780℃以上能实现100%脱硝。O₂也提高了CaO/椰壳焦的脱硫效率。CO₂与CaO的碳酸化反应以及与椰壳焦的气化反应对同时脱除SO₂/NO有明显抑制作用。O₂和CO₂共同作用下,在500~800℃内CaO/椰壳焦的脱硝效率随温度升高而增加,脱硫效率先降低后升高。NO促进了CaO/椰壳焦脱除SO₂,而SO₂对脱硝有抑制作用。800℃时CaO/椰壳焦同时脱除SO₂和NO的效率分别为97.7%和93.9%。     

富氧条件下金属催化CO还原NO的研究进展

CO广泛存在于燃煤烟气及汽车尾气中,利用未完全燃烧的CO催化还原NO可同时脱除NO和CO,过程中催化剂起着决定性作用。本文对近年来含氧条件下CO催化还原NO的研究成果进行了系统梳理,重点关注了Pd系、Ir系、Cu系、其他贵金属及金属氧化物催化剂的研究进展,分析了催化剂制备方法、掺杂改性及反应条件对催化性能的影响,同时考察了O₂浓度、H₂O以及SO₂对催化反应的影响,总结并对比了不同体系催化剂的活性位点及其催化机理,指明了O₂在催化还原过程中的抑制机理,得出了几种体系催化剂催化CO还原NO的活性顺序。最后,针对富氧条件下CO催化还原NO所存在的问题和难点,提出深入研究O₂抑制机理、降低贵金属用量、添加活性助剂是今后的研究方向。     

微波诱导活性炭激发等离子体射流脱硝实验

微波等离子体直接分解NO有极高的效率,但在有氧条件下分解较难。为解决这一问题,本文提出了一种利用微波诱导活性炭激发等离子体射流在有氧条件下脱硝的新技术。利用微波材料学工作站,通过调整激发等离子体参数（活性炭直径、活性炭质量、微波功率）得到了最佳工艺条件,深入分析了等离子体射流形成过程,并将其用于脱硝实验,研究了不同形态等离子体、NO初始浓度和O₂浓度因素对脱硝的影响。结果表明,以1L/min氮气作载气时,在活性炭直径2mm、质量15g、微波功率2kW条件下,可快速产生等离子体射流且持续时间长久。等离子体用于脱硝实验,射流状等离子体脱硝效率高于闪电状等离子体。NO依次在活性炭床层区和等离子体射流区去除。当O₂体积分数小于4%时,O₂浓度的增加对NO的脱除有促进作用;大于4%时,O₂浓度的增加会产生过量的氧自由基（·O）和大量的CO₂,对NO的脱除产生抑制作用。     

超低温液相催化还原技术在有色冶炼烟气脱硝中的应用

介绍了超低温液相催化还原脱硝工艺的工艺原理、工艺流程和技术特点,通过将烟气中的NO经催化生成自由基Nx·Ox,经催化生成的自由基Nx·Ox在还原剂的作用下生成N2及H2O后达标排放,脱硝反应在超低温度下进行,在40~130℃脱硝效率可达到95%以上,外排尾气ρ(NOx)<50mg/m3。     

常温下碳基活性材料催化氧化NO的研究进展

针对常温、含高浓度O₂ 的NO污染气体排放控制,典型的选择性催化还原（SCR）技术已不再适用。以碳基活性材料为催化剂的NO常温催化氧化技术得到了广泛关注,该技术在常温和高浓度O₂条件下将NO氧化为NO₂,并以硝酸或硝酸盐形式加以回收利用,因此具有环保和经济双重效益,应用前景广阔。本文简要综述了碳基活性材料常温催化氧化NO的研究进展,阐述了NO催化氧化机理,介绍了碳基活性材料的表面物化特性和反应条件（O₂浓度、NO浓度、GHSV、反应温度、水蒸气和催化剂粒径等）对催化氧化NO的影响,以及活性炭、活性炭纤维、碳纳米纤维、炭干凝胶、金属负载碳基活性材料、炭化污泥等不同碳基活性材料的催化特性,总结并展望了未来碳基活性材料低温催化氧化NO的发展方向。     

甲胺作还原剂的选择性非催化还原脱硝特性的实验研究

为改善工业窑炉以及锅炉低负荷运行工况下的脱硝特性,本文对甲胺作还原剂的选择性非催化还原（SNCR）脱硝特性进行了实验研究,探讨了各控制因素对脱硝特性的影响以及分析了反应机理。实验结果表明：脱硝效率随反应温度呈双峰特性,拐点温度为750℃,最佳温度窗口为450～600℃;脱硝效率随氨氮比（NSR）增大而升高,反应产生的副产物NO₂和N₂O浓度随之增大;氧含量对SNCR脱硝特性具有双重特性,高浓度和低浓度氧气均对脱硝反应不利;物料浓度随NO初始浓度增加而增大,脱硝效率和副产物也提高; SO₂浓度越高,脱硝效率下降越多;水汽含量增大,脱硝效率也随之增大。本文的实验结论有助于SNCR脱硝工艺应用于工业窑炉以及优化锅炉低负荷运行时的脱硝特性。     

Fe/γ-Al2O3催化剂上CO同时还原NO和SO2研究

研究了不同载体(γ-Al₂O₃、HZSM-5、TiO₂、SiO₂和MgO)负载Fe催化剂上CO还原NO反应及CO同时还原NO和SO₂反应。结果表明,Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO与NO反应具有良好的催化活性,但随着反应时间的延长,催化剂很快失活;在CO和NO反应中加入SO₂,可以明显改善Fe/γ-Al₂O₃催化剂对CO还原NO反应的活性稳定性;O₂和H₂O对催化剂活性的影响较大,CO₂对催化剂的影响较小。XRD结果表明,FeS₂是催化剂的活性中心,在CO与NO反应后,FeS₂转变为催化惰性的Fe₇S₈而导致催化剂活性下降;在CO与NO及SO₂反应体系中引入O₂后,Fe/γ-Al₂O₃催化剂上的活性组分FeS2被氧化为Fe₂O₃,导致催化剂失活。     

非贵金属改性钒钛基催化剂NH3-SCR脱硝协同控制VOCs

在钒钛基催化剂上分别负载四种非贵金属(Ce、Cu、Mn、Fe)，研究改性催化剂对中低温选择性催化还原(SCR)脱硝协同挥发性有机物(VOCs)催化氧化的性能。对四种负载金属(Ce、Cu、Mn、Fe)分别进行SCR脱硝和VOCs催化氧化，发现Ce改性的催化剂在低温段具有良好的SCR脱硝活性和VOCs催化氧化性能，被认为具有良好的协同催化潜力。之后对Ce掺杂改性催化剂进行协同评价研究，发现在275～300℃的温度区间内，3V-5Ce/Ti催化剂的NO转化率和VOCs转化率可达到100%。并分别比较了SCR反应协同VOC与未协同VOC时N₂的选择性和CO₂的选择性，发现在低温段时甲苯的引入会显著降低N₂选择性，而随着温度升高，N₂O副产物的产生，N₂的选择性恢复到未引入甲苯时。同时发现协同反应时CO2的选择性有明显下降。对3V-5Ce/Ti催化剂的SEM、XRD、XPS、NH3-TPD表征说明Ce的引入不会破坏载体形貌，可以为催化剂提高更多表面氧空位，从而提高催化剂的氧化还原性能，并...     

Na/K添加剂对SNCR脱硝及NO还原机制的影响

基于构建的Na-K-C-H-O-N-Cl化学反应机理模型，采用Chemkin动力学模拟软件，研究Na/K添加剂（NaOH、Na₂CO₃、NaCl、KOH、K₂CO₃和KCl）对选择性非催化还原（SNCR）脱硝性能影响，通过敏感性分析和产率分析，探讨Na/K添加剂对SNCR过程中NO还原的促进机理和路径。模拟结果表明，在温度为700~800℃且无Na/K添加剂条件下，SNCR脱硝效率几乎为零；Na/K添加剂能够显著提高低温区（小于800℃）SNCR脱硝效率，而其对高温区（大于900℃）SNCR脱硝的促进作用不明显。在温度为700℃和Na/K添加剂参与条件下SNCR脱硝效率可达43.86%~60.76%。不同Na/K添加剂对NO还原促进顺序为NaOH≈Na₂CO₃ > KOH≈K₂CO₃ > KCl > NaCl，但同一种Na/K添加剂的浓度变化（6.25~25.0 μmol·mol^-1）对SNCR脱硝效率影响较小。Na/K添加剂通过不同的循环路径产生OH基，进而通过NH2基团促进NO的还原，其中碱金属氢氧化物（MOH）对SNCR脱硝的促进路径为NaOH→NaO₂→Na→NaO→NaOH，碱金属氯化物（MCl）则主要通过MCl→M→MCl削弱Na/K添加剂的促进作用。     

V2O5-MoO3/TiO2 催化剂的NOx选择性催化还原及SO2氧化活性

采用浸渍法以TiO₂为载体制备V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 选择性催化还原催化剂,研究V₂O₅和MoO₃负载量对于催化剂选择性催化还原反应及SO₂氧化活性的影响,并考察氧含量、氨氮物质的量比和反应空速对3%V₂O₅-6%MoO₃/TiO₂催化剂选择性催化还原脱硝活性的影响。结果表明,随着催化剂中V₂O₅负载质量分数增加,V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 催化剂的选择性催化还原活性和SO₂氧化活性均呈上升趋势。MoO₃的负载对催化剂的SO₂氧化活性有明显抑制作用。MoO₃负载质量分数超过9%,制备的催化剂既保持较高的低温选择性催化还原活性,又使选择性催化还原反应中的SO₂转化率小于1%。     

基于CFD模拟的臭氧低温氧化烧结烟气中NO过程分析

以256 m²烧结机O₃氧化烧结烟气中NO过程为研究对象,采用CFD数值模拟方法考察了含O₃喷射气体与烧结烟气流动及NO低温氧化特性。通过与76步复杂反应机理的对比验证了11步简化机理的适用性,分析了反应温度、O₃/NO摩尔比以及O₃分布特性对NO氧化效率和不同价态NO _x 转化率的影响规律。通过对简单结构反应器的模拟结果表明：NO₃稳定性较差,烟道内主要氧化产物为NO₂与N₂O₅;随反应温度升高,NO氧化效率基本保持不变,NO₂转化率提高且提升速率逐渐增大而N₂O₅呈相反规律;随O₃/NO摩尔比增大,NO氧化效率提高但提升速率逐渐减小,NO₂转化率先增大后在摩尔比高于1.25时开始减小,而各工况均产生N₂O₅且生成量逐渐增大,其原因为射流核心区可提供高O₃/NO摩尔比条件;通过优化O₃分布器结构改善O₃与烟气接触与混合条件,O₃与NO摩尔比为1.0、停留时间为0.87 s时NO氧化率可提高约12.8%,摩尔比为2.0、停留时间为1.73 s时N₂O₅转化率可提高约15.6%。