SNCR脱硝过程中钙基颗粒对还原剂转化影响的研究

发布时间：2021-05-20 18:46

SNCR技术是最适用于水泥行业的氮氧化物控制技术,但是分解炉内高浓度的钙基颗粒会作用于还原剂的转化过程,从而影响SNCR技术的脱硝性能。本文针对SNCR脱硝过程中钙基颗粒对两类主要还原剂NH_3和urea转化的影响展开研究,为水泥行业SNCR技术的开发与应用提供指导。首先,搭建了固定床气固反应实验系统,结合TPD-DRIFTS研究了NH_3在钙基颗粒表面的转化机理。研究发现:NH_3在CaO表面的Lewis酸位发生吸附,吸附态的NH_3解离生成NH_2是NH_3转化的速控步;NO可以与NH_3在CaO表面共吸附并促进NH_3解离生成NH_2,同时吸附态的NO可以与NH_2反应生成N_2;O_2提高了NH_3在CaO表面的转化率并将NH_2氧化为NO;NH_2与O_2和NO反应的相对速率决定了产物的选择性。NH_3可以与CaCO_3直接反应释放出HNCO;NO对NH_3在CaCO_3表面的转化过程没有影响;O_2对NH_3在CaCO_3表面的转化率没有影响,但将NH_3与CaCO_3反应的中间产物转化为NO和N_2。基于反应机理和实验数据建立的动力学模型可以准确预测NH_3在CaO和CaCO_3表面的转化过程。在此基础上研究了CaCO_3分解过程的规律及其对NH_3转化的影响,建立了描述对应过程的NH_3转化动力学模型。其次,搭建了热解-气固反应实验系统,结合TGA和TPD-DRIFTS研究了钙基颗粒在urea热解及HNCO转化过程中的作用机理。研究发现:钙基颗粒通过与urea和urea热解中间产物biuret反应生成异氰酸钙以及异氰酸钙的再转化降低了urea的热解速率;钙基颗粒对urea热解过程中氮元素向NH_3的转化没有影响,但是降低了氮元素向HNCO的转化率,同时提高了氮元素向NO和N_2O的转化率;钙基颗粒可以与HNCO反应生成异氰酸钙,高温下异氰酸钙分解为氰氨化钙和CO_2;O_2促进了钙基颗粒与HNCO的反应,并将生成的异氰酸钙氧化为CaO、N_2O和CO_2,同时将氰氨化钙氧化为CaO、NO和CO。钙基颗粒通过与HNCO的反应抑制了HNCO向NH_3的转化,降低了urea作为还原剂的利用效率。最后,研究了SNCR反应副产物N_2O在钙基颗粒表面的转化机理。CaO对N_2O的分解有催化作用,而CaCO_3则没有。N_2O在CaO表面形成的吸附产物顺式二聚体式亚硝基的解离是N_2O转化过程的速控步。NH_3和O_2对N_2O的转化过程没有影响,但NH_3氧化生成的H2O抑制了N_2O的分解。根据以上机理建立的动力学模型可以准确预测不同气氛下N_2O在CaO表面的转化过程。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X781.5

文章目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 我国水泥行业NOx排放现状

1.1.2 水泥生产过程与NOx排放

1.1.3 水泥窑NOx控制技术

1.1.4 本文研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 SNCR技术

1.2.2 CaO对SNCR反应的影响

1.2.3 CaCO_3及其分解过程对SNCR反应的影响

1.2.4 钙基颗粒对尿素热解及HNCO转化过程的影响

1.2.5 钙基颗粒对N_2O转化过程的影响

1.2.6 研究现状小结

1.3 本文的研究目标与研究内容

第2章实验系统及方法

2.1 固定床气固反应实验系统及方法

2.1.1 配气系统

2.1.2 混合反应系统

2.1.3 测量系统

2.1.4 样品及实验方法

2.2 TPD-DRIFTS实验系统及方法

2.3 热解-气固反应实验系统及方法

2.4 其它分析方法

2.4.1 热重分析仪

2.4.2 扫描电镜能谱

2.5 本章小结

第3章不同气氛下CaO表面NH_3转化的机理及动力学分析

3.1 NH_3在CaO表面的转化机理及动力学分析

3.1.1 NH_3在CaO表面的转化规律

3.1.2 NH_3在CaO表面的吸附及转化机理

3.1.3 气固催化反应动力学模型与分析方法

3.1.4 NH_3在CaO表面转化过程的动力学分析

3.2 NH_3+NO体系在CaO表面的转化机理及动力学分析

3.2.1 NH_3+NO体系在CaO表面的转化规律

3.2.2 NH_3+NO体系在CaO表面的吸附及转化过程

3.2.3 NH_3+NO体系在CaO表面转化过程的动力学分析

3.3 NH_3+NO+O_2体系在CaO表面的转化机理及动力学分析

3.3.1 CaO对NH_3+NO+O_2体系反应过程的影响

3.3.2 NH_3+NO+O_2体系在CaO表面的吸附及转化过程

3.3.3 NH_3+NO+O_2体系在CaO表面转化过程的动力学分析

3.4 本章小结

第4章不同气氛下CaCO_3表面NH_3转化机理及动力学分析

4.1 NH_3在CaCO_3表面的转化机理及动力学分析

4.1.1 NH_3在CaCO_3表面的转化规律

4.1.2 NH_3在CaCO_3表面的转化机理

4.1.3 NH_3在CaCO_3表面转化过程动力学分析

4.2 NH_3+NO+O_2体系在CaCO_3表面的转化机理及动力学分析

4.2.1 NH_3+NO体系在CaCO_3表面的转化过程

4.2.2 NH_3+O_2体系在CaCO_3表面的转化过程

4.2.3 NH_3+NO+O_2体系在CaCO_3表面的转化过程

4.2.4 NH_3+NO+O_2体系在CaCO_3表面转化过程的动力学分析

4.3 NH_3+NO+O_2体系在CaCO_3分解过程中的转化机理及动力学分析

4.3.1 NH_3+NO+O_2体系在CaCO_3分解过程中的转化规律

4.3.2 CaCO_3分解过程动力学分析

4.3.3 CaCO_3分解过程作用下NH_3+NO+O_2体系反应动力学分析

4.4 本章小结

第5章钙基颗粒对尿素热解及HNCO转化过程的影响

5.1 钙基颗粒对尿素热解过程的影响

5.1.1 无氧条件下CaO对尿素热解过程的影响

5.1.2 有氧条件下CaO对尿素热解过程的影响

5.1.3 无氧条件下CaCO_3对尿素热解过程的影响

5.1.4 有氧条件下CaCO_3对尿素热解过程的影响

5.1.5 钙基颗粒对尿素热解过程氮元素转化途径的影响

5.2 钙基颗粒对HNCO转化过程的影响

5.2.1 无氧条件下CaO对HNCO转化过程的影响

5.2.2 有氧条件下CaO对HNCO转化过程的影响

5.2.3 CaCO_3对HNCO转化过程的影响

5.3 本章小结

第6章尿素热解及HNCO转化过程中钙基颗粒的作用机理

6.1 钙基颗粒在尿素热解过程中的作用机理

6.1.1 无氧条件下CaO在尿素热解过程中的作用机理

6.1.2 有氧条件下CaO在尿素热解过程中的作用机理

6.1.3 无氧条件下CaCO_3在尿素热解过程中的作用机理

6.1.4 有氧条件下CaCO_3在尿素热解过程中的作用机理

6.2 钙基颗粒在HNCO转化过程中的作用机理

6.2.1 CaO在HNCO转化过程中的作用机理

6.2.2 CaCO_3在HNCO转化过程中的作用机理

6.3 本章小结

第7章 N_2O在钙基颗粒表面转化的机理及动力学分析

7.1 N_2O在钙基颗粒表面的分解过程

7.2 N_2O+NH_3在CaO表面的转化过程

7.3 N_2O+NH_3+O_2体系在CaO表面的转化过程

7.4 N_2O在CaO表面的转化机理

7.5 N_2O+NH_3+O_2体系在CaO表面转化过程的动力学分析

7.5.1 N_2O在CaO表面的分解反应

7.5.2 N_2O+NH_3体系在CaO表面的转化过程

7.5.3 N_2O+NH_3+O_2体系在CaO表面的转化过程

7.6 本章小结

第8章结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究

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