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化学催化剂的种类和应用
化学催化剂的种类和应用化学催化剂是一种物质，可以促进化学反应，使化学反应在更低的温度、压力或时间内发生。
催化剂可以有机或无机，其作用是在反应物分子之间建立更稳定的化学键，从而加速反应速率。
催化剂已经广泛应用于工业生产、环境保护以及生命科学领域等多种领域。
本文将介绍化学催化剂的种类和应用。
一、化学催化剂的种类1. 金属催化剂金属催化剂包括铜、铁、钴、镍、铂等元素。
金属催化剂具有高的催化活性和选择性，因为它们可以在催化反应中提供电子、原子或电荷。
此外，金属催化剂还具有高的稳定性和再生能力，可以反复使用。
2. 生物催化剂生物催化剂是指在生物体内的酶。
酶是一种高效的催化剂，可以具有高达百万倍的反应速率。
生物催化剂具有高的选择性和特异性，可以在室温下和生态条件下工作。
3. 酸催化剂酸催化剂是指能够提供质子的物质，如硫酸、盐酸、磷酸等。
酸催化剂可以在反应物中生成相应的离子，从而降低了活化能，提高了反应速率。
酸催化剂主要应用于精细化学工业，如合成香料、色素等。
4. 碱催化剂碱催化剂是指能够提供氢离子的物质，如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等。
碱催化剂可以在反应物中生成相应的离子，从而增加反应物的反应活性和选择性。
碱催化剂主要应用于石油化工、化学合成、纤维素生产等行业。
二、化学催化剂的应用1. 工业催化化学催化剂在工业产品中的应用相当广泛。
例如，乙烯聚合中使用的催化剂是钼、钨或铬，而聚丙烯使用的催化剂则是杂环烷氧化铝。
此外，催化裂化反应、重组反应、裂化反应等也是化学催化剂应用的重点领域。
2. 环境保护化学催化剂在环保领域的应用越来越广泛。
例如，三元催化剂可以加速汽车尾气中的NOx排放转化为氮气和水蒸气；生物催化剂可以降解有机废水和废气中的有害物质等。
3. 生命科学生物催化剂在生命科学中的应用也很广泛。
例如，酶催化可以被用于合成药物和化妆品，以及处理食品和药品中的残留物质。
此外，催化剂在生化反应、DNA测序以及其他生物学研究中也有重要的应用。
化学反应中常见催化剂的机理解析
化学反应中常见催化剂的机理解析催化剂是化学反应过程中广泛应用的一种化学物质，可以加速反应速率、提高反应转化率，并且可以控制反应条件和方向。
在化学工业中，催化剂被广泛应用于化学合成、能源转化和废气处理等领域。
本文将从机理的角度，对常见催化剂的作用过程进行解析。
一、金属催化剂金属催化剂是指以金属为基础元素的催化剂，包括铂、钯、铑、钌、铜等。
金属催化剂能够通过吸附、氧化、还原等方式，控制反应的中间体状态，并调控反应的速率和方向。
其机理主要有以下几种：（一）吸附作用金属催化剂能够通过表面吸附反应物，降低反应物之间的空间隔离度，增加接触概率，提高反应速率。
同时，金属催化剂还能够在反应物分子表面吸附中间体，促进反应的进一步转化。
（二）活性位点作用金属催化剂具有多种表面结构和组成，其中某些位置的催化活性较强，这些位置称为活性位点。
反应物能够在这些活性位点上进行化学吸附、活化和转化，从而增加反应速率和选择性。
例如铂催化剂的CO氧化反应中，Pt表面的不对称位点和边缘位点对反应的速率和选择性有重要影响。
（三）表面氧化还原作用金属催化剂的表面往往含有大量活性氧化物，例如PtO、PdO、CuO等，这些氧化物可以与反应物发生氧化还原反应，加速反应的进行。
在氧化还原反应中，金属原子的价态发生变化，同时也会影响表面吸附反应物的能力。
二、非金属催化剂非金属催化剂是指不含金属离子的催化剂，包括氧化物、硫酸盐、碱金属等。
这些催化剂的机理主要包括以下几种：（一）酸碱中心作用非金属催化剂中，酸碱中心是其催化活性的关键。
酸性催化剂中，酸中心可以通过提供H+，使反应物中的OH-离子被去掉，生成反应的中间体，从而提高反应速率和选择性；碱性催化剂中，碱中心可以接收质子，生成缩合物和中间体，从而促进反应的进行。
（二）表面羟基作用非金属催化剂的表面经常出现羟基（—OH），这些羟基可以与反应物相互作用，形成缩合物和中间体。
同时，羟基还能够促进反应物之间的互相作用，并加速反应的进行。
各类催化剂的分类与机理(“催化剂”文档)共89张
2.分子筛的构造特征
〔1〕四个方面、三种层次：
分子筛的构造特征可以分为四个方面、三种不同的 构造层次。第一个构造层次也就是最根本的构造单 有些反响，其反响物分子和产物分子都不受催化剂窗口孔径分散的限制，只是由于需求内孔或笼腔有较大的空间，才干构成相应的过渡态， 元硅氧四面体〔SiO4〕和铝氧四面体〔AlO4〕，它 不然就遭到限制使该反响无法进展；
有利的，因此具有更高的选择性。这类催化剂叫 酸碱双功能催化剂。
固体超强酸和超强碱：固体酸的强度假 设超越100%硫酸的强度，那么称之为超 强酸。由于100%硫酸的酸强度用 Hammeett酸强度函数表示时为H0 = -11.9， 故固体酸强度H0 < -11.9者谓之固体超强 酸或超酸。
固体超强碱是指它的碱强度用碱强度函 数H-表示高于+26者。固体超强碱多为碱 土金属氧化物，或碱土金属与碱金属的 复合氧化物。
3.重要的固体酸碱催化剂
碱土金属氧化物中的MgO、CaO和SrO2 是典型的固体碱催化剂。AlCl3、FeCl3 是典型的固体L酸催化剂。Al2O3有多种 不同的晶型变体。作为催化剂来说，最 重要的是γ- Al2O3和η- Al2O3两种，二者 都系有缺陷的尖晶石构造。最稳定的是 无水的α- Al2O3，它是O=离子的六方最 严密堆砌体，Al3+离子占据正八面位的 2/3。各种变型的Al2O3在1470℃以上熔 化，最终都转变为α- Al2O3。
SH+ + H2O P + HO
其速率方程，由于质子化物是一个活泼的中间体， 可用稳态处置法，即
(6.1.3)
式中，由于是稀溶液，可作为定值。反 响速率为
(6.1.5) 进一步思索广义酸HA的解离平衡，HA + H2O = H3O+ + A-，
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催化剂剖析大全催化剂是 SCR技术的中心。
SCR装置的运转成本在很大程度上取决于催化剂的寿命，其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。
催化剂的失活分为物理失活和化学失活。
典型的SCR催化剂化学失活主假如碱金属（如Na、K、Ca 等）和重金属（如As、 Pt、 Pb 等）惹起的催化剂中毒。
碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面，金属氧化物（如MgO、KaO等）中和催化剂表面的SO3生成硫化物而造成催化剂中毒。
砷中毒是废气中的三氧化二砷与催化剂联合惹起的。
催化剂物理失活主假如指高温烧结、磨损和固体颗粒堆积拥塞而惹起催化剂活性损坏。
SCR催化剂种类及其使用温度范围:催化剂氧化钛基催化剂氧化铁基催化剂沸石催化剂活性碳催化剂温度范围270～ 400℃380～430℃300～430℃100～150℃SCR催化剂的选用是依据锅炉设计与燃用煤种、SCR反响塔的部署、 SCR进口的烟气温度、烟气流速与 NOx浓度散布以及设计脱硝效率、同意的氨逃逸量、同意的 SO2/SO3转变率与催化剂使用寿命保证值等要素确立的。
氧化钛基催化剂的基体成分为活性TiO2,同时增添加强活性的 V2O5金属氧化物 ,在需要进一步增添活性时往常还要增添 WO3。
别的 ,还需增添一些其余组分以提升抗断裂和抗磨损性能。
依据烟气中 SO2的含量 ,氧化钛基催化剂中 V2O5组分的含量往常为 1%～ 5%,在燃用高硫煤时 ,为了控制 SO2向 SO3的转变率 , V2O5的含量往常不超出 2%。
TiO2拥有较高的活性和抗 SO2的氧化性。
V2O5是重要的活性成分 ,催化剂的 V2O5含量较高时其活性也高 , 所以脱硝效率较高 , 但V2O5含量较高时 SO2向 SO3的转变率也较高。
增添 WO3则有助于克制 SO2的转变 ,可将 SO2的转变率控制在 1%以下。
燃煤电厂锅炉SCR催化剂的主流构造形式有平板式和蜂窝式2种。
平板式催化剂往常采纳金属网架或钢板作为基体支撑资料,制作成涟漪板或平板构造,以氧化钛 (TiO2)为基体 ,加入氧化钒 (V2O5)与氧化钨 (WO3)活性组分 ,平均散布在整个催化剂表面 ,将几层涟漪板或涟漪板与平板互相交织部署在一同。
催化剂的种类与作用机制
催化剂的种类与作用机制催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
它在反应中起到中间体角色，并且能够被重复使用而不参与反应的转化。
催化剂的种类非常多样，根据其结构和性质的不同，可以分为金属催化剂、酶催化剂、酸催化剂和碱催化剂等几大类。
本文将介绍这些催化剂的种类及作用机制。
一、金属催化剂金属催化剂是广泛应用于工业生产中的一类催化剂。
它们通常以金属元素为主体，如铂、钯、铜等。
金属催化剂通过吸附反应物和调整反应物的电子结构，降低反应的活化能，从而提高反应速率。
例如，在有机合成中，铂催化剂常用于加氢反应，它可以高效地将烯烃转化为烷烃。
二、酶催化剂酶催化剂是一类生物催化剂，它们是高效的天然催化剂。
酶通常由蛋白质组成，具有高度的立体选择性和反应特异性。
酶催化剂在生物体内发挥着关键作用，如酶催化剂在消化过程中促进食物的分解和吸收。
酶催化剂通过与底物形成酶底物复合物，降低反应的活化能，从而加速反应速率。
三、酸催化剂酸催化剂是一种使用广泛的催化剂，它们常用于酸催化反应，如酸催化酯化反应和酸催化裂解反应。
酸催化剂通常是强酸或酸性物质。
它们通过捕获反应物中的氢离子，促进反应的进行。
酸催化剂可以改变反应物的电子密度和反键的能量，从而降低反应的活化能。
四、碱催化剂碱催化剂是一种酸碱中性的催化剂，常用于碱催化反应，如碱催化加成反应和碱催化酯化反应。
碱催化剂通常是强碱或碱性物质。
它们通过与反应物发生酸碱中和反应，改变反应物的电荷分布和立体构型，降低反应的活化能，从而加速反应速率。
催化剂的作用机制是多种多样的，但可以总结为三个方面：吸附作用、活化作用和再生作用。
催化剂通过吸附作用将反应物吸附到其表面，并与反应物形成催化物种，从而促使反应发生。
活化作用是催化剂与反应物之间发生的相互作用，通过改变反应物的电子结构和空间构型，降低反应的活化能。
再生作用是指催化剂在反应结束后，可以通过逆反应或其他方式重新获得其活性，从而循环使用。
综上所述，催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
催化剂的指标及其意义
催化剂的各项指标及其意义一、化学指标催化剂的化学组成表示催化剂中的主要成分及杂质的含量,通常包括:Al2O3、Na2O、Fe2O3、、灼烧减量五个主要指标，有时还包括Re2O3。
1、Al2O3含量：催化剂中Al2O3含量表示催化剂中Al2O3的总含量,是催化剂的主要化学成分。
2、Na2O含量:Na2O含量表示催化剂中含有的Na2O杂质含量。
在催化裂化过程中，特别是在掺炼钒含量较高的渣油情况下，3、Fe2O3含量:Fe2O3含量表示催化剂中含有的Fe2O3杂质含量。
Fe2O3在高温下会分解并沉积在催化剂上，积累到一定程度就会引起催化剂中毒，其结果一是使催化剂活性降低。
4、SO42—含量：SO42-含量表示催化剂中含有的SO42—杂质含量。
SO42—可与具有捕钒作用的金属氧化物（如氧化铝等）反应生成稳定的硫酸盐,从而使其失去捕钒能力。
所以,在掺炼渣油的情况下，SO42-的危害性较大.5、灼烧减量：灼烧减量是指催化剂中所含水份、铵盐及炭粒等挥发组份的含量.生产中控制其减量≤13%。
6、Re2O3含量:Re2O3含量是表示催化剂性能的指标之一。
稀土通常来自催化剂中的分子筛，有时在催化剂制造工艺中也引入稀土离子达到改善性能的目的。
通常Re2O3含量越高，催化剂活性越高,但焦炭产率也偏高。
对于平衡催化剂,有时还需知道其中的金属含量，如Ni、V、Na等，以便了解催化剂的污染程度。
二、物理性质物理性质表示催化剂的外形、结构、密度、粒度等性能。
通常包括：比表面积、孔体积、表观松密度、磨损指数、筛分组成五个主要项目。
下面分别加以简述：1、比表面积催化剂的比表面积是内表面积和外表面积的总和。
内表面积是指催化剂微孔内部的表面积,外表面积是指催化剂微孔外部的表面积,通常内表面积远远大于外表面积.单位重量的催化剂具有的表面积叫比表面积。
比表面积是衡量催化剂性能好坏的一个重要指标。
不同的产品,因载体和制备工艺不同,比表面积与活性没有直接的对应关系。
催化剂产品分析方法
催化剂产品分析方法摘要：催化剂是许多化学过程中必不可少的组成部分。
催化剂的质量和活性对最终产品的质量和产量有着重要影响。
因此，对催化剂产品进行准确、全面的分析很重要。
本文将介绍常用于催化剂产品分析的方法，包括物理性质分析、化学成分分析以及催化活性测试。
这些分析方法可以帮助质量控制人员和科研人员有效评估催化剂的性能和品质。
1.引言催化剂是能够提高反应速率、改变反应途径并且在反应结束后能够恢复其自身性能的物质。
随着化学工业的不断发展，对催化剂的需求也在不断增加。
催化剂的活性和稳定性能对于反应效率和产品品质具有重要影响。
因此，催化剂产品的分析方法至关重要。
2.催化剂产品的物理性质分析催化剂产品的物理性质分析可以提供关于催化剂微观结构、形貌和物理状态的信息。
常用的物理性质分析方法包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。
这些方法可以帮助确定催化剂中的晶体结构、晶粒大小、表面形貌和孔隙特性等物理性质。
3.催化剂产品的化学成分分析催化剂产品的化学成分分析可以提供关于催化剂组成和元素含量的信息。
常用的化学成分分析方法包括X射线荧光光谱（XRF）、能谱分析（ESCA/XPS）和拉曼光谱。
这些方法可以定量测定催化剂中的主要元素含量和配位环境，帮助确定催化剂的组成和化学性质。
4.催化剂产品的催化活性测试催化剂产品的催化活性测试可以评估催化剂在特定反应条件下的活性和选择性。
常用的催化活性测试方法包括气相催化反应和液相催化反应。
这些方法可以通过测量反应率、转化率和产物选择性等参数，评估催化剂的催化性能和反应机理。
5.结论催化剂产品的分析对于催化剂的研发和质量控制至关重要。
物理性质分析、化学成分分析和催化活性测试是常用的催化剂产品分析方法。
这些分析方法可以提供有关催化剂微观结构、化学组成和催化性能的信息，帮助评估和改进催化剂的品质和性能。
随着技术的不断进步，新的分析方法也将不断涌现，为催化剂产品分析提供更多的选择和改进。
第03章 各种催化剂及其催化作用5络合物催化剂.ppt
气态碱吸附法——程序升温脱附法：吸附质可采用NH3或吡 啶等，脱附温度越高酸强度越强。 ①不能区分B酸、L酸或非酸位解析的NH3； ②对于具有微孔结构的沸石，由于扩散的限制，要在较高的 温度下才能解吸。
A型分子筛的骨架是由β笼和 立方体笼构成的。 A型分子筛的单胞组成为 Na96[(AlO2)96(SiO2)96]·216 H2O
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3、X型和Y型分子筛结构 X型和Y型分子筛都属于八面沸石分子筛，八面沸石分子筛的骨 架结构是由β笼和六方柱笼构成的。X型和Y型分子筛的区别主 要是其Si/Al比不相同，X型为1～1.5，Y型为1.5～3.0。
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分子筛的特性 1、分子筛的吸附特性
比表面积大，吸附能力强。 分子筛由于硅铝比不同，而具有不同的亲水性。 低硅铝比的分子筛易吸附极性分子，具有亲水性； 而高硅沸石具有憎水性。 分子筛具有择形吸附性能
2、分子筛的离子交换特性
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分子筛催化剂的催化性能与调变 1. 分子筛酸位的形成 ⑴ 表面上存在B酸和L酸位
复合金属氧化物催化剂
4
1
过渡金属氧化物催化剂
金属氧化物催化剂多是由两种或多种氧化物组成的复合氧 化物，组分中至少有一个是过渡金属氧化物。这些物质具 有半导体的性质，所以又称为半导体催化剂。
5
2
半导体的能带结构及其性质
6
n型半导体的生成 ⑴含有过量金属原子的非化学计量化合物； ⑵用高价离子取代晶格中的正离子； ⑶向氧化物晶格间隙掺入电负性小的杂质原子。
* 产品乙醛中的氧原子来源于溶剂（H2O） * Pd(0)与Cu(II)的氧化还原
* 其它烯烃的Wacker氧化产物为酮
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催化剂分析大全催化剂是SCR技术的核心。
SCR装置的运行成本在很大程度上取决于催化剂的寿命，其使用寿命又取决于催化剂活性的衰减速度。
催化剂的失活分为物理失活和化学失活。
典型的SCR催化剂化学失活主要是碱金属（如Na、K、Ca等）和重金属（如As、Pt、Pb等）引起的催化剂中毒。
碱金属吸附在催化剂的毛细孔表面，金属氧化物（如MgO、KaO等）中和催化剂表面的SO3生成硫化物而造成催化剂中毒。
砷中毒是废气中的三氧化二砷与催化剂结合引起的。
催化剂物理失活主要是指高温烧结、磨损和固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂活性破坏。
SCR催化剂类型及其使用温度范围:SCR催化剂的选取是根据锅炉设计与燃用煤种、SCR反应塔的布置、SCR入口的烟气温度、烟气流速与NOx浓度分布以及设计脱硝效率、允许的氨逃逸量、允许的SO2/SO3转化率与催化剂使用寿命保证值等因素确定的。
氧化钛基催化剂的基体成分为活性TiO2,同时添加增强活性的V2O5金属氧化物,在需要进一步增加活性时通常还要添加WO3。
此外,还需添加一些其他组分以提高抗断裂和抗磨损性能。
根据烟气中SO2的含量,氧化钛基催化剂中V2O5组分的含量通常为1%～5%,在燃用高硫煤时,为了控制SO2向SO3的转化率, V2O5的含量通常不超过2%。
TiO2具有较高的活性和抗SO2的氧化性。
V2O5是重要的活性成分, 催化剂的V2O5含量较高时其活性也高, 因此脱硝效率较高, 但V2O5含量较高时SO2向SO3的转化率也较高。
添加WO3则有助于抑制SO2的转化,可将SO2的转化率控制在1%以下。
燃煤电厂锅炉SCR催化剂的主流结构形式有平板式和蜂窝式2种。
平板式催化剂通常采用金属网架或钢板作为基体支撑材料,制作成波纹板或平板结构,以氧化钛(TiO2)为基体,加入氧化钒(V2O5)与氧化钨(WO3)活性组分,均匀分布在整个催化剂表面,将几层波纹板或波纹板与平板相互交错布置在一起。
蜂窝式催化剂则是将氧化钛粉(TiO2)与其他活性组分以及陶瓷原料以均相方式结合在整个催化剂结构中,按照一定配比混合、搓揉均匀后形成模压原料,采用模压工艺挤压成型为蜂窝状单元,最后组装成标准规格的催化剂模块。
平板式与蜂窝式催化剂通常是制作成独立的催化剂单元,由若干个催化剂单元组装成标准化模块结构,便于运输、安装与处理。
平板式催化剂的板间距与蜂窝式催化剂的孔径主要根据飞灰特性确定。
与蜂窝式催化剂相比,平板式催化剂不易发生积灰与腐蚀,常用于高飞灰烟气段布置，但平板式催化剂由多层材料构成,涂在其外层的活性材料在受到机械或热应力作用时容易脱落；此外,其活性表层也容易受到磨损。
SCR系统所出现的磨损和堵塞可以通过反应器的优化设计（设置烟气整流器）加以缓解。
为了扰动烟气中的粉尘，保证催化剂表面的洁净，通常在反应器上面安装声波吹灰器。
SCR反应塔中的催化剂在运行一段时间后其反应活性会降低,导致氨逃逸量增大。
SCR催化剂活性降低主要是由于重金属元素如氧化砷引起的催化剂中毒、飞灰与硫酸铵盐在催化剂表面的沉积引起的催化剂堵塞、飞灰冲刷引起的催化剂磨蚀等3方面的原因。
为了使催化剂得到充分合理利用,一般根据设计脱硝效率在SCR反应塔中布置2～4层催化剂。
工程设计中通常在反应塔底部或顶部预留1～2层备用层空间,即2+1或3+1方案。
采用SCR反应塔预留备用层方案可延长催化剂更换周期,一般节省高达25%的需要更换的催化剂体积用量,但缺点是烟道阻力损失有所增大。
SCR反应塔一般初次安装2～3层催化剂,当催化剂运行2～3a后,其反应活性将降低到新催化剂的80%左右,氨逃逸也相应增大,这时需要在备用层空间添加一层新的催化剂；在运行6～7a后开始更换初次安装的第1层；运行约10a后才开始更换初次安装的第2层催化剂。
更换下来废弃催化剂一般可进行再生处理、回收再利用或作为垃圾堆存填埋。
一般对催化剂进行再生处理后得到的催化剂的脱硝效果和使用寿命接近于新催化剂, 再生处理费用约为新催化剂的40%～50%。
不同的催化剂具有不同的适用温度范围。
当反应温度低于催化剂的适用温度范围下限时，在催化剂上会发生副反应，NH3与SO3和H2O反应生成（NH4）2SO4或NH4HSO4，减少与NOx的反应，生成物附着在催化剂表面，堵塞催化剂的通道和微孔，降低催化剂的活性。
另外，如果反应温度高于催化剂的适用温度，催化剂通道和微孔发生变形，导致有效通道和面积减少，从而使催化剂失活；温度越高催化剂失活越快。
还原剂还原剂NH3的用量一般根据期望达到的脱硝效率，通过设定NH3和NOx的摩尔比来控制。
催化剂的活性不同，达到相同转化率所需要的NH3/NOx摩尔比不同。
各种催化剂都有一定的NH3/NOx摩尔比范围，当摩尔比较小时，NH3和NOx的反应不完全，NOx的转化率低；当摩尔比超过一定范围时，NOx的转化率不再增加，造成还原剂NH3的浪费，泄漏量增大，造成二次污染。
NH3与烟气的混合程度也十分重要，如混合不均，即使输入量大，NH3和NOx也不能充分反应，不仅不能到达有效脱硝的目的，还会增加NOx的泄漏量。
当速度分布均匀，流动方向调整得当时，NOx转化率、液氨泄漏量及催化剂的寿命才能得到保证。
采用合理的喷嘴格栅，并为NH3和废气提供足够长的混合通道，是使NH3和废气均匀混合的有效措施。
SCR烟气脱硝系统以氨作为还原介质,供氨系统包括氨的储存、蒸发、输送与喷氨系统。
氨的供应有3种方式: 液氨(纯氨NH3,也称无水氨或浓缩氨),氨水(氨的水溶液, 通常为25%～32%的氢氧化铵溶液)与尿素( 40%～50%的尿素颗粒溶液) 。
目前,电厂锅炉SCR装置普遍使用的是液氨。
液氨属化学危险物质,对液氨的运输与卸载等处理有非常严格的规程与规定。
采用氨水虽可以避开适用于液氨的严格规定（氨水可在常压下运输和储存）,但经济性差,需要额外的设备和能量消耗,并需采用特殊的喷嘴将氨水喷入烟气。
喷氨系统采用液氨作为还原剂时, 在喷入烟气管道前需采用热水或蒸汽对液氨进行蒸发。
氨被蒸发为氨气后, 通常从送风机出口抽取一小部分冷空气(约占锅炉燃烧总风量的0.5%～1.0%) 作为稀释风,对其进行稀释混合,形成浓度均匀的氨与空气的混合物(通常将氨体积含量控制在5%以内) , 通过布置在烟道中的网格状氨喷嘴均匀喷入SCR反应塔前的烟气管道。
大型燃煤电厂锅炉烟气管道尺寸非常庞大,如前所述,SCR喷氨系统设计是运行中的关键技术之一,是如何保证SCR反应塔入口的烟气流速和NOx浓度的分布与喷入氨的浓度分布相一致,以得到较高的脱硝效率并避免氨逃逸的关键。
为了提高SCR装置的运行性能,同时防止飞灰腐蚀与堵塞问题,要求烟气均匀进入SCR反应塔。
采取的技术措施是采用烟气导流挡板与均流装置尽可能使反应塔入口烟气的温度、速度与NOx浓度均匀分布。
SCR反应塔的最佳形状与烟气导向挡板和均流装置的最佳结构,通常是通过烟气冷态流动模型试验并结合三维两相流动数值模拟计算结果来确定的。
同时,根据烟气速度分布与NOx的分布,需要采用覆盖整个烟道截面的网格型多组喷嘴设计,把氨与空气的混合物均匀地喷射到烟气中,并采用多组阀门以尽量单独控制各喷嘴的喷氨量。
为使氨与烟气在SCR反应塔前有较长的混合区段以保证充分混合,应尽可能使氨从远离反应塔入口处喷入。
SCR脱硝效率是通过喷氨量来调整的,因此喷氨部位的选取同NH3/NOx比摩尔比一样重要。
加氨部位应在NOx浓度及烟气流速分布均匀的地方。
加氨量是根据SCR入口NOx浓度和允许的NOx排放浓度,通过反馈信号来修正喷氨量的。
NH3/NOx摩尔比表示需要的喷氨量的多少。
脱硝效率一般随NH3/NOx摩尔比的增大而增大, 但当NH3/NOx摩尔比大于1.0时,氨逃逸量会急剧增大。
同时,氨氧化等副反应的反应速率也将增大。
所以,实际运行中通常将NH3/NOx摩尔比控制在0.50～1.00。
由于喷氨量及NOx排放浓度均根据NOx在线监测仪表的指示值来控制，因此NOx在线监测仪表的准确性至关重要，直接关系到催化脱硝装置的运行效益、NOx 的排放浓度等指标的高低。
为此，NOx在线监测仪表需要设置专业人员进行维护、保养、校验与检修。
氨逃逸SCR反应塔出口烟气中未参与反应的氨(NH3)称为氨逃逸。
氨逃逸量一般随NH3/NOx 摩尔比的增大与催化剂的活性降低而增大。
因此,氨逃逸量的多少可反映出SCR系统运行性能的好坏及催化剂活性降低的程度。
在很多情况下,可依据氨逃逸量确定是否需要添加或更换SCR反应塔中的催化剂。
SCR系统日常运行中监测氨逃逸量的经济实用方法是对飞灰氨含量进行测试分析。
氨逃逸会导致:生成硫酸铵盐造成催化剂与空气预热器沾污积灰与堵塞腐蚀,烟气阻力损失增大；飞灰中的氨含量增大,影响飞灰质量；FGD脱硫废水及空气预热器清洗水的氨含量增大。
对于燃煤电厂锅炉,当SCR布置在空气预热器前时,硫酸铵盐会沉积在空气预热器的受热面上而产生堵塞、沾污积灰与腐蚀问题。
早期设计的SCR要求逃逸控制在5×10- 6以下,但目前的设计要求是将氨逃逸控制在3×10- 6以内,目的是尽量减少硫酸铵盐的形成,以减少氨逃逸对SCR下游设备的影响。
硫酸铵盐的生成取决于NH3/NOx摩尔比、烟气温度与SO3浓度以及所使用的催化剂成分。
烟气中SO3的生成量取决于2个因素:锅炉燃烧形成的SO3以及SCR反应塔中SO2在催化剂的作用下氧化形成的SO3。
SCR设计中通常要求SO2/SO3转化率小于1%。
对于硫酸铵盐造成的堵塞问题,大多数电厂使用吹灰器进行清洗。
经验表明, 硫酸氢铵容易用水清除, 安装SCR后空气预热器的清洗次数要增加,必要时空气预热器低温段受热面采用搪瓷材料以避免酸腐蚀。
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