反应过程—SCR的动力学方程
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2
SCR动力学研究
SCR-DeNOX 的反应机理
Eley-Rideal 机理
Langmuir-Hinshelwood
机理
SCR-DeNOX 的反应过程
NH3和NOX在催化剂上的反应过程可以概括
为七个步骤所组成: ① NH3、NOX从主气流穿过催化剂颗粒
外表面的气膜,扩散到催化剂外面;
② NH3、NOX从催化剂颗粒外表面通过毛 细管扩散到催化剂内部表面; ③ NH3在催化剂面上吸附;
2.2 内扩散—内扩散对反应的影响
η值的大小表示内扩散对过程影响的程度。η值越小,说明内扩散影响越严重。
η等于 1 时,内扩散对过程没有影响。 从上式中可以看出η的数值,主要由φs 所决定。对于球形催化剂
φs
De
内扩散对反应的影响越大 η
2.2 内扩散—内扩散对反应的影响
内扩散的有效利用系数随温度变化的曲线
在工业上常将在内扩散的影响下(内扩散控制或过渡区)的实际反应速度 与过程在化学动力学范围内的反应速率 (此时整个粒子间的反应物浓度均 为Cs)的比为固体催化剂内表面利用率η。 内表面利用率的概念表示了在工业实际催化反应中,催化剂的内部表面被 利用的程度。也称扩散有效因子(effectiveness factor)。内扩散因子计算 式为:
表和图
温度低于 580K 时,随着温度的升高,内扩散效率因子线性降低;而当温度高 于 600K 时,内扩散效率因子趋于稳定,随温度变化很小。
2.2 内扩散—内扩散对反应的影响
表要重新做 球形催化剂的粒径对 Thiele 模数和内扩散效率因子η的影响
1. 对于NH3选择性还原NOX的反应,随着球形催化剂粒径的增加,Thiele模数φ s 增加,催化效率降低。 2. 当催化剂的粒径大于 0.045 cm时,内扩散的影响已经相当严重,催化反应的效 率也很低。 3. 有效因子随φ s值的增加而降低,减小催化剂颗粒的粒度,φs 值可减小,所以, 减小粒度可以提高催化剂的有效因子
2.1 外扩散
对于球形催化剂,令 宏观反应速率为rNO,g,则
设反应混合物的初始摩尔流率 与反应过程中瞬时摩尔流率 相等,则上式变为
2.1 外扩散
NO百度文库浓度分率随反应时间τ 的变化方程
SCR 反应体系为稳定流动体系,因此单位时间内扩散到催化剂外表面的 NO 量 与催化剂中 NO的反应量相等,即
2.1 外扩散—外扩散对反应的影响
CNO,s/CNO,g随温度的变化
温度T(°C) C NO,S 260 320 380
表和图
420
C NO,g
C NO,S/C NO,g
由图 可见,在温度区间 250-420℃内C NO,S/C NO,g≈1 ,主气流中 NO的浓度与 催化剂外表面上的浓度 ,外扩散的阻碍作用可以忽略不计. CNO,s/CNO,g随温度变化的曲线
研究的催化剂孔半径 r a=0.3107*10-6 cm, 代入计算上式,所以可以忽略分子 有效扩散系数的影响,则有效扩散系数De为:
有效扩散系数 De 的计算
通过前面物理参数计算可得 V2O5-WO3/TiO2 的有效扩散系数
各试验温度下的扩散系数如下表
是否需要加图
该催化剂孔径比较小,努森扩散占主导地位。
rNO k pC C C
NO NH3
O2
2.3 反应过程—求解NO的反应动力学级数
根据 I NO M AT A 等人在钛基钒系催化剂上的研究, 在富氧、 N H 3 /NO > 1 时, 速率
2.3 反应过程
以NH3为还原剂的SCR反应机理非常复杂,主要是在催化剂存在的情况下,降 低了催化还原NOx所需要的化学反应活化能,从而在200~450°C范围内,有选 择性的把烟气中的NOx催化还原成N2和H2O。NO的转化率与反应物的NO,NH3 和O2的浓度有关。 根据幂级数模型求解反应动力学
④ 气态NOX与催化剂表面吸附的NH3进行反应;
⑤ 反应生成物N2、H2O在催化剂表面上脱附; ⑥ 生产物通过催化剂的毛细管扩散到催化剂颗粒的外表面;
⑦ N2、H2O从颗粒外表面穿过气膜扩散到主气流中。
有效扩散系数 De 的计算
对于气体来说,孔扩散可分为三种:
努森扩散 ( Kundsen ) 分子扩散(bulk diffusion) 表面扩散(surface diffusion)
有效扩散系数 De 的计算
(1) Kundsen 有效扩散系数DKe 的计算
有效扩散系数 De 的计算
(2) 分子有效扩散系数 的计算DBe
(3) 有效扩散系数 的计算De
有效扩散系数 De 的计算
在不同压力下气体分子的平均自由程可粗略地用下式进行估计:
当气体分子的平均运动自由程大于孔径时,即
2.2 内扩散
对催化剂颗粒作如下假设: 1. 球形颗粒是等温的; 2. 催化剂颗粒内部进行一级不可逆 反应,且反应时不发生体积变化; 3. 多孔结构是均匀的,并且颗粒中
反应物的有效扩散系数 De已从前
面求得; 4. 扩散服从菲克(Fick)第一定律。 球形颗粒催化剂扩散模型
2.2 内扩散
从物料衡算看,在内扩散的稳定状态下,该微分壳体内反应的数量应等于扩 散进去的数量,如下:
可简化为
令
2.2 内扩散
2.2 内扩散
当过程处于内扩散控制时总的反应量 应等于反应物质扩散进催化剂颗粒里面 去的数量,即 rNO,p
所以,扩散速率亦即存在内扩散影响时的反应速率为
2.2 内扩散—内扩散对反应的影响
若是内扩散影响不存在,则整个催化剂颗粒内该组分的浓度等于外表面浓 度 ,因此,反应速率为:
3.结论 4.大作业总结
1
研究背景
氮氧化物的危害
SCR-DeNOX
选择性催化还原脱氮(SCR-DeNOX)是指有氧情况下且合适的温度范围内还 原剂NH3在催化剂的作用下将NOX有选择地还原为氮气和水,反应式如下:
由于典型烟气中NO占NOX 的 95%以上,所以NOx脱除 主要是以反应1式为主。
写在前面: 老师,我们现在的ppt还是初稿,其中有些表格跟 数据以及拟合还要重新做,还有用EXCEL拟合的也会 重新用origin拟合,请老师多多提出意见。 第十组
氨选择性催化还原(SCR)氮氧化物的动力学研究
Reporter
:第10组
Supervisor :
1.研究背景
CONTENTS
2.反应动力学研究