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随着我国电力等工业的快速发展,氮氧化物(NOx)的污染日益严重。研究开发一种适合我国国情的、高效、低成本、低污染、低能耗的脱硝技术已成为当务之急。
磁流化床脱硝技术是在传统的SCR技术基础上发展起来的新型脱硝技术。在普通流化床外施加稳恒磁场,使床料颗粒均匀悬浮,可以提供NO与NH3充分的接触和反应机会,提高脱硝效率。同时,磁流化床均匀的流化也保证了床中均匀的传质和传热,对化学反应十分有利。
由于该技术采用来源广泛、价格低廉的铁及其氧化物作为SCR反应的催化剂,因此可以在较低的反应温度下进行,降低了运行成本;同时利用磁场提高了氧化铁的催化活性,降低了反应的活化能,加快了SCR反应的速率,使脱硝效率大为提高。
本文从实验和理论两方面对磁流化床脱硝技术进行了研究,初步明确了磁场强化铁磁颗粒烟气脱硝的机理,为该技术的推广应用打下基础。
本文首先建立了磁流化床烟气脱硝实验台,研究了催化剂物料、反应温度、气体流速、磁感应强度、氨氮比等因素对脱硝效率的影响。实验发现三氧化二铁颗粒的催化活性最好,250℃时脱硝效率可达到90%以上,是一种良好的低温催化剂。反应温度对催化剂活性影响较大,在一定温度范围内,脱硝效率是随着温度的升高而增加的,每种催化剂都存在一个脱硝效率最高的温度点。外加磁场确实可以提高脱硝效率,在一定范围内,脱硝效率会随着磁感应强度的增加而提高。当NH3/NOx<1.1时,脱硝效率会随之线性增加,当NH3/NOx>1.1时,脱硝效率上升趋缓。
本文通过对三种催化剂反应前后的XRD图谱、穆斯堡尔谱、BET结果的分析,研究了铁系催化剂对脱硝反应物的吸附作用以及磁场、反应温度等反应条件对催化剂的微观结构、催化活性的影响,验证了实验结果的正确性。
理论方面,本文根据铁氧化物的Eley-Rideal机理一级反应模型,对以Fe2O3颗粒为催化剂的实验数据在催化反应动力学模型基础上进行回归分析,得出有无磁场时的催化剂本征反应表观活化能,验证了外加磁场确实可以促进Fe2O3颗粒催化活性的提高。
总之,以铁及其氧化物为催化剂的磁流化床烟气脱硝技术确实具有较高的脱硝效率,是一种很有发展潜力的脱硝技术。