张亚平
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王龙飞
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李娟
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张会岩
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徐海涛
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肖睿
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杨林军
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62510-X
商业选择性催化还原(SCR)催化剂成分主要有 V2O5, WO3和 TiO2,但适用温度窗口较窄(300?400℃),使得实际操作过程中活性较低.目前,过渡金属广泛应用于催化剂制备中以提高其催化活性.相比于纯 TiO2和 ZrO2载体, TiO2-ZrO2具有较高的热稳定性以及较多的酸位,虽然有关 TiO2-ZrO2为载体的催化剂研究较多,但未与商业催化剂进行对比研究.而针对 NH3-SCR脱硝机理的实验研究也存在一些争议,主要原因归为以下两方面：(1)多数催化剂不同会直接导致催化剂的活性酸位不同；(2)不同 NH3-SCR脱硝催化剂的起活温度不同.同时, NH3和 NO在反应温度的吸附情况仍需要进一步研究.因此,有必要深入探究 NH3-SCR脱硝机理,以解决现行研究中存在的问题.本文首先采用共沉淀法制备摩尔比为1：1的 TiO2-ZrO2固溶体,并分步浸渍不同质量比的 WO3和1%V2O5,最终得到一系列1%V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2.然后通过 X射线衍射(XRD)和比表面积测试(BET)、程序升温还原(TPR)、原位漫反射红外光谱(in situ DRIFTS)研究了 WO3和 ZrO2对催化性能的影响以及 V2O5-WO3/TiO2-ZrO2催化剂的反应机理. N2物理吸附结果表明, WO3的添加使得催化剂孔结构的热稳定性有所提高,同时随着 WO3含量增加催化剂的比表面积逐渐减小,但仍高于 V2O5/TiO2-ZrO2催化剂； ZrO2对催化剂比表面积增大效果比较明显.结合 XRD结果表明, WO3能促进金属氧化物在载体上的分散；相比于 V2O5-WO3/TiO2催化剂, ZrO2有利于活性组分的分散负载.比较系列 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2的氨吸附情况,发现 WO3的添加增加了 Br?nsted酸的稳定性,其中以9%WO3的效果最显著.催化剂氨吸附中间物种(–NH2)的发现,证实了 WO3添加促进了 NH3的活化,有利于脱硝反应的进行. SCR反应结果显示, V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂在300–450oC时 NOx转化效率最优,并发现 O2的存在促进了 NOx的转化.采用in situ DRIFTS研究了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂脱硝机理,300和350oC时 NH3, NO, NO + O2吸附情况表明,在真实的反应温度下,脱硝过程中的活性中心为 Lewis酸中心, Br?nsted酸中心的 NH4+极易从催化剂表面脱附,无法吸附在催化剂表面,且与 NH3相比, NO只能以 NO2的形式弱吸附在催化剂表面.因此,该催化剂遵循 Eley-Ridel脱硝机理.而 V2O5-9%WO3/TiO2-ZrO2催化剂具有相对较高的脱硝效率,因此用来着重研究 NH3-SCR机理.在 NH3吸附过程中, NH3(1204,1602,3156,3264,3347 cm?1)和活性中产物 NH2(1550 cm?1)在催化剂表面的吸附(恒温300oC)是稳定的；随后通入 NO + O2时, NH3吸附过程中的所有吸收峰(包括 NH2)均逐渐减小(NH3吸附态与 NO结合后分解为 N2和 H2O),同时出现 H2O的振动峰,这证明了 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂的脱硝反应过程.各类气体吸附情况表明, NO在商业催化剂的吸附状态与 V2O5-x%WO3/TiO2-ZrO2催化剂相同；但 NH3吸附结果表明, Br?nsted酸中心和 Lewis酸中心都是催化剂的活性中心； NO + O2的通入使得催化剂表面的 NH3和 NH4+都逐渐消失.这两种催化剂脱硝反应过程差异主要在于催化剂表面活性中心的不同,导致了不同的 NOx脱除路径.通过in situ DRIFTS比较 O2的存在对脱硝反应产生的不同影响来确定 O2的作用.两类催化剂上 O2均参与了 H2O的形成,促进了催化反应的完成；当 O2不存在时, NO的还原受到了极大地抑制,同时也未出现 H2O；两者的脱硝效率大大降低. H2-TPR和 NH3-TPR结果进一步证实 O2的作用主要是氧化 NO及参与催化过程 H2O的形成.
关键词:
二氧化锆
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三氧化钨
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氨气选择性催化还原
,
原位漫反射红外
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反应机理
张帅
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肖睿
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杨一超
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宋启磊
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张会岩
工程热物理学报
针对废铁渣载氧体,在小型固定床反应器上进行了燃煤加压化学链燃烧试验以及载氧体持续循环能力的研究,结果表明,压力增加抑制了煤的初始热解过程,提高了煤焦的气化过程以及气化产物与载氧体之间的反应.随着压力增加,CO2浓度和燃料的转化率增加,CO和CH4的浓度降低,载氧体的转化率也随压力的增加而增加.由于载氧体载氧能力一定,随燃料与载氧体质量比增加,CO2浓度和燃料的转化率降低,不利于CO2捕集和能源的高效利用.循环试验表明,随循环次数增加,载氧体活性逐渐增强,热解气体和煤焦气化产物的转化率以及燃料的转化率均得到提高.
关键词:
CO2捕集
,
化学链燃烧
,
废铁渣载氧体
,
加压固定床
,
燃煤
张会岩
,
肖睿
,
肖刚
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宋启磊
,
潘其文
工程热物理学报
本文在流化床上对玉米芯进行了快速热解制取生物油的试验研究.首先在非催化条件下考察了温度、气体流量、床高和物料粒径对热解产物产率的影响,得到了制取生物油的最优工况.在此工况下进行了催化热解试验,研究了FCC催化剂对热解产物产率和生物油品质的影响.结果表明,最优工况下生物油产率为56.8%.同未加催化剂相比,FCC催化剂的存在使得生物油中油组分和焦炭的产率降低,不凝结气体、水分和焦的产率增加.分级冷凝系统的应用较好的实现了重油、轻油和水的分离.对催化条件下第二级冷凝器收集的生物油分析表明,其油组分的氧含量和高位热值分别为13.64%和36.7 MJ/kg,具有很好的应用前景.
关键词:
玉米芯
,
催化热解
,
生物油
,
流化床
,
分级冷凝
张会岩
,
肖睿
,
工程热物理学报
本文在连续进料流化床实验台上采用ZSM-5催化剂对生物质和废弃油脂单独催化热解以及共催化热解进行了实验研究.主要考察了反应温度和质量空速对废弃油脂催化热解以及不同有效氢碳比对生物质和废弃油脂共催化热解的影响.结果表明,在温度为550℃C、质量空速为0.35 h-1时,总化学品(芳香烃+烯烃+C5化合物)碳产率达到最大值(53.9％).生物质和废弃油脂共催化热解能够大幅提高烯烃和芳香烃的产率,在较高有效氢碳比下(＞0.8),丙烯的选择性高达60％.
关键词:
生物质
,
废弃油脂
,
烯烃
,
芳香烃
,
共催化热解
张会岩
,
肖睿
,
工程热物理学报
本文在气相流动反应器中采用ZSM-5催化剂对水相选择性加氢生物油进行了催化裂解试验研究。主要考察了反应温度、质量空速、油分压和原料油组分含量对产物产率和选择性的影响。结果表明，选择性加氢生物油转化为石油化工用品（烯烃和芳香烃）的最优工况为：反应温度，600°C；质量空速，11．7h-1；油分压，6693Pa；油组分含量，12．5％。在此工况下，石油化工用品达到最高碳产率76．0％，其中烯烃57．6％，芳香烃18．4％。烯烃和芳香烃的产率及其主要成分的选择性可以根据市场的需求通过调节反应条件来改变。
关键词:
生物油
,
烯烃
,
芳香烃
,
加氢
,
催化裂解
邵珊珊
,
张会岩
,
肖睿
工程热物理学报
本文在微反固定床上对乙二醇进行了催化制备烯烃和芳香烃的试验研究.试验中选取ZSM-5作为酸性催化剂,研究了热解温度、质量空速以及分压对热解产物产率以及选择性的影响规律.结果表明,气体产物主要以乙烯、丙烯和CO为主,热解温度和乙二醇分压对其选择性影响较显著.液相产物以苯、甲苯、二甲苯和乙基苯为主,其选择性对热解温度和质量空速的变化较敏感.当催化温度为500℃,烯烃+芳香烃获得较稳定产率约54％;当分压为1.3 kPa时,获得最大烯烃+芳香烃产率64％.当质量空速较低时,乙二醇催化热解能获得较高烯烃+芳香烃产率约64％.生物质衍生物催化热解的目标产物产率、选择性可以通过调节反应参数来实现.
关键词:
生物质
,
乙二醇
,
催化转化
,
烯烃
,
芳香烃
