流化床SCR反应器的实验研究及数值模拟

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:zhuchao2549
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随着我国对氮氧化物污染问题逐渐深入的研究,选择性催化还原(SCR)技术成为解决问题最为有效的烟气脱硝技术之一。目前工业上应用较多的钒钛类SCR脱硝催化剂存在着如催化剂活性温度比较高,容易受水、SO2的影响,制作成本比较高等问题。因此,研发一种低成本高效率的低温SCR催化剂成为当前烟气脱硝技术的首要任务。另外,以往对于SCR脱硝反应的研究大多是在低温低空速条件下的固定床实验平台上进行,没有很好地利用增大催化剂与烟气的接触面积而提升脱硝效率这一有利因素。因此,研究流化床SCR反应器的脱硝情况很有必要。本文采用等体积浸渍法制备Mn-Ce/AC催化剂,其中Mn与Ce摩尔比为1:1,Mn与Ce的负载量均为7%。通过在自行搭建的实验平台进行实验研究发现,催化剂在流化床反应器中的脱硝效率高于相同条件下的固定床反应器。在流化床反应器实验平台中研究空速、O2浓度、温度、氨氮比等不同工况条件对催化剂脱硝效果的影响及变化规律。得出在温度为200℃,空速为90000 h-1,氨氮比为1:1时,其NO转化率达到93.2%。对催化剂在含H2O和SO2烟气环境中的催化活性进行实验研究。结果表明,烟气中含有H2O和SO2对SCR反应有抑制作用,而且其含量越高,抑制作用越强。根据实验数据对SCR脱硝反应进行化学反应动力学分析,确定催化剂的NO、O2、NH3反应级数和反应速率常数,并由此得到Mn-Ce/AC催化剂的表观反应活化能。利用所得数据,最终求得SCR脱硝反应转化速率与热力学温度T之间的关系:RNO=-100214.7 exp(-2753.2/T)[NO]0.9[NH3]0.99[O2]0.58。利用计算流体力学仿真软件Fluent对流化床反应器实验平台中的SCR反应进行仿真模拟。将得到的反应速率常数和表观反应活化能带入Fluent软件中进行化学反应的定义,将出口处的NO浓度进行可视化输出,从而对实验数据进行验证。结果表明,数值模拟结果与实验结果相吻合,误差在5%以下。
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