选择性催化还原

W. Addy Majewski.

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抽象的:在选择性催化还原(SCR)过程中,NOx与氨反应,在催化剂之前将其注射到烟道气流中。不同的SCR催化剂如氧化钒或金属取代的沸石具有不同的操作温度窗口,并且必须被仔细选择特定的SCR过程。氨-SC已用于工业过程中,静止柴油发动机以及一些海洋发动机。尿素-CC技术使用BOB体育APP尿素作为氨前体 - 已经适用于重型和可轻型应用中的移动柴油发动机。

介绍

通过氮化合物的NOx选择性催化还原(SCR),例如或者尿素- 在工业固定应用中已经开发的“SCR”的简单“SCR”,并在工业固定式应用中得到了良好。SCR技术首先在BOB体育APP20世纪70年代后期在日本的热电厂应用,其次是自20世纪80年代中期以来欧洲广泛应用。在美国,在20世纪90年代的燃气轮机引入了SCR系统,越来越多地从燃煤动力装置控制NOx控制。除了燃煤热电联产厂和燃气轮机外,SCR应用还包括工厂和炼油厂和炼油厂和化学加工工业的锅炉,炉灶,焦炉以及市政垃圾厂和焚烧炉。这些应用中使用的燃料清单包括工业气体,天然气,原油,轻型或重油,以及煤粉[203]

自2000年代中期以来,尿素-CC技术也已采用移动柴BOB体育APP油发动机。移动引擎应用需要克服与尿素给药技术,催化剂优化以及尿素基础设施有关的几个问题。BOB体育APP一些监管机构 - 特别是美国EPA - 在确保还原剂(尿素)在整个全国范围的分销网络中与柴油燃料一起使用,并且它总是及时的,这两者均持怀疑态度由车辆运营商补充。最终,SCR被证明是一种比主要替代选择更强大的排放技术,BOB体育APPnox吸附者并且已广泛用于各种类型的移动柴油发动机。

尿素-SC是由许多制造商选择的,作为满足欧元v(2008)的首选技术,JP 2005 NOx限值 - 两者都等于2 G / KBOB体育APPWH-适用于重型卡车和公共汽车发动机。第一个商用柴油汽车应用于日本日产柴油2004年11月推出[1160]并于2005年初由戴姆勒(戴姆勒克莱斯勒在欧洲)。在美国,SCR系统由大多数发动机制造商在2010年推出,以满足重型发动机的美国EPA NOX限额为0.2克/ BHP-HR。

在轻型车辆中,SCR在一些美国EPA一级车辆中引入,而其他人则使用NOX吸附器。到2012 - 2015年,大多数由NOx吸附器的二级车辆已经转换为尿素-SC。在欧洲,SCR于某些欧元5种型号介绍,在欧元6辆车上具有更广泛的技术。BOB体育APPSCR于非载体柴油发动机引入,以满足美国第4I级/欧盟阶段IIIB排放标准。

本文涵盖了SCR-还原剂,化学反应和催化剂的基础 - 以及静止的SCR系统。讨论了移动柴油机的SCR系统的开发和经验柴油发动机的SCR系统

还原剂和催化反应

可以在SCR系统中使用两种形式的氨:(1)纯无水氨,和(2)氨水。无水氨是毒性,危险的,并且由于其高蒸气压而需要厚壳,加压储罐和管道。氨水水溶液,NH3.·H2o,不太危险,更容易处理。典型的工业级氨,含有约27%的氨和重量的73%水,在正常温度下具有几乎大气压蒸气压,可以在美国和其他国家的高速公路上安全运输。

在氨SCR系统中发生许多化学反应,如等式(1)至(5)所示。所有这些方法都代表了所需反应,其减少NOx对元素氮。等式(2)代表主导反应机制[306]。等式(3)至(5)给出的反应涉及氮二氧化氮反应物。等式(5)描述的反应路径非常快。该反应负责促进低温SCR2[972]。通常,没有2大多数烟道气中的浓度,包括柴油排气,是低的。在柴油科学系统中,没有2水平往往是故意的增加在低温下提高NOx转换。

6no + 4nh.3.→5n.2+ 6H.2O.(1)

4no + 4nh.3.+ O.2→4N.2+ 6H.2O.(2)

6no.2+ 8nh.3.→7n.2+ 12H.2O.(3)

22+ 4nh.3.+ O.2→3n.2+ 6H.2O.(4)

否+ no.2+ 2 nh.3.→2n.2+ 3H.2O.(5)

已经发现上述反应被水抑制[974]。水分始终存在于柴油排气和其他烟道气中。为了获得有效的结果,应始终存在水蒸气在SCR过程的实验室气体测试中和过程建模中。

如果没有2内容已增加以超过饲料气体的无水平,n2O结构途径也是可能的,如公式(6)和(7)所示[1170]

8号2+ 6 nh.3.→7 n2o + 9 h2O.(6)

4没有2+ 4 NH.3.+ O.2→4 n2o + 6 h2O.(7)

在SCR系统中发生的不希望的过程包括与氧气的几种竞争性的非选择性反应,其在系统中丰富。这些反应可以产生二次排放,或者最好是未生产的消耗氨。由等式(8)和(9)给出的氨的部分氧化可以产生氧化氮(n2o)或元素氮。通过等式(10)表示的完全氧化氨,产生一氧化氮(NO)。

2nh.3.+ 2o2→N.2o + 3H.2O.(8)

4nh.3.+ 3o2→2n.2+ 6H.2O.(9)

4nh.3.+ 5o2→4no + 6h2O.(10)

氨也可以反应没有2生产炸药硝酸铵(NH4.3.),等式(11)。由于其负温度系数,这种反应在低温下发生,低于约100-200℃。硝酸铵可以在催化剂的孔中以固体或液体形式沉积,导致其暂时停用[973]

2nh.3.+ 2no.2+ H.2o→NH.4.3.+ NH.4.2(11)

可以通过确保温度从未落在200℃以下,避免硝酸铵形成。nh的趋势4.3.通过供应到小于NH的精确量的气流,也可以最小化形成3.与NOx(1至1摩尔比)的化学计量反应所必需的。

当烟道气含有硫,就像柴油排气一样,所以2可以被氧化为3.随着H的以下形成2所以4.与h反应后2O.这些反应与柴油中发生的反应相同氧化催化剂。在另一个反应中,NH3.结合起来3.形成(nh4.2所以4.和nh.4.HSO4.,等式(12)和(13),催化剂以及管道和设备储存。在低排气温度下,通常低于250℃,硫酸铵的污垢可能导致SCR催化剂的失活[205]

NH.3.+ SO3.+ H.2o→NH.4.HSO4.(12)

2nh.3.+ SO3.+ H.2o→(nh4.2所以4.(13)

SCR过程需要精确控制氨注射率。注射不足可能导致不可接受的低NOx转换。注射率太高的导致释放到大气中的不希望的氨。来自SCR系统的这些氨排放被称为氨滑。氨滑动在较高的NH下增加3./ NOx比率。根据主导的SCR反应,等式(2),化学计量NH3./ NOx在SCR系统中的比率约为1.比1的比率显着增加氨滑动。在实践中,使用0.9和1之间的比率,这使得氨滑最小化,同时仍然提供令人满意的NOx转化。图1显示了NH之间的示例关系3./ NOx比率,NOx转换,温度和氨滑动[187]。随着温度的增加,氨滑动减少,而SCR催化剂中的NOx转化率可以随温度的增加或减少,这取决于特定的温度范围和催化剂体系,如后面将讨论的。

[SVG图像]
图1。NOx转换和氨滑动不同NH3./ nox比率

V.2O.5./ TiO.2SCR催化剂,200 CPSI

在固定应用中,最大允许NH3.通常指定滑动,在5-10 vppm nh下具有典型规格3.。这些浓度的氨通常由人鼻部不可检测。任选地,氨湿也可以通过安装在SCR催化剂下游的防护催化剂(氧化催化剂)控制。

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