HC-SCR交替循环脱硝过程的解耦机制中文摘要

碳氢化合物选择性催化还原脱硝技术（HC-SCR）可避免NH3-SCR的氨逃逸，成本低，有很好的发展前景，但HC-SCR的脱硝效率受烟气中氧气浓度的负面影响较大。本项目提出一种新型回转式脱硝反应器以实现交替循环脱硝过程：将吸附区与还原区分离，催化剂作为NOx载体在两个区域内循环，充分利用氧气对吸附的促进，并巧妙避免其对NOx还原的抑制，提高整体脱硝效率。基于吸附还原交替循环过程，研究催化剂表面的NOx吸附还原解耦机制。建立气（气体）固（催化剂表面）两相摩尔守恒方程，采用界面膜模型计算气固两相的传质，基元反应项嵌入固相方程，实现反应过程的解耦。模拟催化剂表面吸附-还原分离的交替循环过程，分析循环时间及循环频率等对脱硝效率的影响，研究已吸附于催化剂表面的NOx在还原反应时的最佳反应氛围。交替循环脱硝解耦机制的建立是对已有HC-SCR机理的扩充和深入，可作为理论基础用于新型脱硝反应器的开发设计。

碳氢化合物HC和CO等燃料型气体作为还原剂进行催化还原脱硝技术可避免NH3-SCR的氨逃逸，成本低，有很好的发展前景，但HC和CO等燃料型气体的脱硝效率受烟气中氧气浓度的负面影响较大。本项目提出一种新型回转式脱硝反应器以实现交替循环脱硝过程：将吸附区与还原区分离，催化剂作为NOx载体在两个区域内循环，充分利用氧气对吸附的促进，并巧妙避免其对NOx还原的抑制，提高整体脱硝效率。基于吸附还原交替循环过程，我们研究了催化剂表面的NOx吸附还原解耦的脱硝特性和反应机制。我们筛选了一系列碳氢化合物和CO作为还原剂，其中CO表现出较好的脱硝活性。在兼顾催化剂的NOx吸附性能和还原性能的条件下，我们制备优化了Fe/ZSM-5和FeCo/ASC催化剂，并将其应用于NOx吸附还原解耦过程，Fe/ZSM-5催化剂在250-400℃、FeCo/ASC催化剂在200-250℃的温度区间内表现出了较好的脱硝性能，脱硝效率可达95%以上，且不同与传统的固定床反应器，基于回转式反应器的吸附还原解耦过程的脱硝效率在不同温度下较稳定，表现出了优异的变工况适应性。在典型的NOx吸附还原动态过程中，烟气区NOx吸附在催化剂表面，出口处NOx浓度较低，还原区内催化剂表面的NOx被还原的同时亦有一部分从催化剂表面脱附，故出口处NOx浓度较高。由吸附还原动态曲线可以计算基于进出口烟气中NOx浓度的NOx脱除率（表征烟气中NOx脱除效率）、基于整个反应器中NOx浓度的NOx还原率（表征反应器中NOx还原为N2的效率）、基于烟气中逃逸的CO浓度的CO逃逸率（表征CO经催化剂携带进入烟气区的比例）等参数。研究结果表明，即使回转式反应器的NOx脱除率较高，由于大量NOx脱附进入还原气，系统的整体还原率较低，需在还原侧加装深度还原装置；还原侧CO供给浓度越高，NOx的脱除率和还原率则越高，主要原因是过量的CO不仅可以还原NOx，还可以有效的促进催化剂表面NOx的脱附，进而强化还原侧催化剂的再生，原位DRIFT所研究的反应机理也证明了此过程；烟气侧出口检测到的CO逃逸率较低，因为即使有CO由于还原气的停滞而残留在烟气区，也可以被氧气催化氧化，故烟气的二次污染问题较小。以HC和CO为还原剂的脱硝方式不仅适用于燃煤电站，也适用于钢铁、冶金、焦化、玻璃等行业，预期此技术有很好的市场推广前景。 2100433B

本项目围绕有效的热湿解耦环境控制体系的构建与实现进行研究，主要表现在独立除湿方法与过程的实现、强化除湿剂循环性能的研究、除湿剂再生中涉及的高效能源补偿与蓄能方法的研究、以及完整的热湿解耦环境控制系统的动态特性的研究等方面；而子课题则主要围绕采用太阳能驱动固体除湿循环的热力过程特性、热湿解耦型固体除湿循环、除湿基材强化吸附与解吸机理、热湿解耦固体除湿空调循环热力分析与评价进行研究。项目主要研究内容和取得成果总结如下： 项目首先对热湿解耦环境控制体系热力循环构建原理进行研究：①构建了基于溶液除湿的热湿解耦环境控制系统，对溶液除湿、蒸发冷却、太阳能集热、吊顶辐射供冷及置换通风等技术进行全面实验研究。②构建了利用双蒸发温度的热湿解耦分段处理的空调系统，进行了相关的实验研究，建立系统动态模型，获取关键参数的优化方法。③利用冰蓄冷方式解决热负荷的处理问题，构建了与深度溶液除湿相结合的带预冷的蒸发式过冷水制冰系统。④基于固体除湿，建立了采用太阳能驱动的新型双转轮两级固体除湿空调循环，对循环在冬季采暖和夏季制冷工况下进行了热力性能测试。 其次，对除湿过程多变量的耦合传热传质机理进行了研究：①利用平板降膜溶液除湿/再生实验平台对空气与溶液间的耦合热质传递特性进行分析。②通过以新型氧化铝(Al2O3)泡沫陶瓷作为填料的直接蒸发冷却实验系统，对空气与水的跨温区热质传递特性以及填料的性能进行研究。③进行了除湿基材复合除湿剂强化吸附与解吸机理研究；设计了新型热湿解耦型除湿换热器，对其传热传质性能进行研究。 第三，针对除湿剂再生过程低品位热能高效补偿与利用的方法进行研究：①建立了新型电渗析再生器，并进行了相关性能研究；在其研究基础上又建立了改进型太阳能溶液预处理电渗析再生系统。②完成了新型热湿解耦太阳能除湿换热器循环的构建和测试。 最后，对热湿解耦环境控制系统动态特性和参数优化进行了研究：①构建了新型热泵驱动溶液除湿自主再生温湿度独立处理空调系统，并对其动态特性进行研究；②建立起双转轮两级除湿空调系统的热力学理论模型，模拟分析了全年的运行工况；③进行了热湿解耦固体除湿空调循环热力学分析与性能评价。 2100433B