SCR燃煤煙氣脫硝催化劑制備及脫硝系統(tǒng)的數(shù)值模擬.pdf

1、氨法選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝是目前主流的燃煤煙氣氮氧化物(NOx)控制技術(shù)。作為該技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，催化劑的品質(zhì)及反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于整個(gè)脫硝系統(tǒng)的投資和運(yùn)行有著直接的影響。本文以釩鈦基(V2O5/TiO2)催化劑作為主要研究對象，通過各項(xiàng)表征分析、催化活性測試及機(jī)械性能評價(jià)等途徑，先后對適用于作為催化劑載體的二氧化鈦(TiO2)物料制備方法和蜂窩狀催化劑成型制備技術(shù)展開了研究工作，并在試驗(yàn)基礎(chǔ)上利用CFD軟件構(gòu)建了蜂窩狀催化劑的

2、流場和反應(yīng)計(jì)算模型，進(jìn)而將模型擴(kuò)展至整個(gè)SCR脫硝反應(yīng)器，將反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)計(jì)算與脫硝反應(yīng)過程模擬相結(jié)合，以預(yù)測系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。
　　對催化劑載體TiO2制備研究結(jié)果表明，利用超聲輔助均相沉淀的方法能夠獲得顆粒細(xì)小、分散性好、比表面積適宜的高品質(zhì)TiO2載體物料，并使得所制備SCR脫硝催化劑樣品具有穩(wěn)定且理想的脫硝活性，同時(shí)具備良好的機(jī)械強(qiáng)度特性;從減少生產(chǎn)成本的角度出發(fā)，研究探索出以工業(yè)級硫酸法偏鈦酸為原料，經(jīng)分散、除雜、

3、煅燒等一系列改性處理制備TiO2載體的方法。由此得到的TiO2材料相對于改性前在雜質(zhì)含量、二次粒徑、分散度、比表面積及孔隙率等品質(zhì)方面均得到顯著提升，進(jìn)一步制得的SCR脫硝催化劑樣品同樣具有良好的脫硝活性及機(jī)械性能。
　　在獲得優(yōu)選催化劑載體TiO2及活性配方的基礎(chǔ)上，研究中摸索出一套可行的模壓法序批式制備蜂窩狀成型催化劑工藝，主要包括混料、捏合、練泥、模壓成型、干燥及煅燒等步驟。同時(shí)自行設(shè)計(jì)開發(fā)出一套試驗(yàn)室規(guī)模下的模壓法蜂窩狀催

4、化劑成型模具，實(shí)現(xiàn)了壓模及脫模工序一體化操作。在成型配方上，經(jīng)研究獲得了一種20％（wt）H3BO3—80％（wt）SiO2混合成型劑配方，同時(shí)輔以粘合劑、助擠劑和潤滑劑等，用于蜂窩狀SCR脫硝催化劑的制各能夠顯著提高成品的機(jī)械性能，能夠顯著減少成型劑對催化劑脫硝活性的影響。所制得的優(yōu)選蜂窩狀催化劑樣品在空速比(SV)3000h-1，NH3/NO為0.85，320～380℃溫度工況下的脫硝率高于83％，且樣品軸、側(cè)向抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到0.

5、8275和0.5113MPa。
　　在蜂窩狀催化劑模型的流場耦合反應(yīng)過程模擬計(jì)算中，通過CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）方法，以多孔介質(zhì)模型描述蜂窩孔道間的固壁區(qū)域，同時(shí)提出反應(yīng)速率修正因子方法，用以補(bǔ)償因內(nèi)擴(kuò)散限制作用對反應(yīng)速率計(jì)算過程的影響，使得模型獲得了與真實(shí)情況一致的模擬結(jié)果。更進(jìn)一步簡化催化劑模型結(jié)構(gòu)，在縮減網(wǎng)格數(shù)量的同時(shí)再考慮對催化劑實(shí)際體積和外擴(kuò)散限制作用的修正，并將其應(yīng)用于SCR脫硝裝置的整體流動(dòng)及反應(yīng)過程模擬，計(jì)算結(jié)果能