大气污染控制工程教学大纲-中国人民大学环境学院(2)

2020-05-05 13:51

助教办公(答疑或辅导)时间 第十五、十六周 邮箱地址 三、实验项目

序号 实验一 实验二 实验三 实验项目名称 SCR催化剂制备 催化转化法去除氮氧化物 袋式除尘器性能测定实验 实验周次 理工楼909 14 理工楼909 理工楼909 实验 场所 实验 课时 4 5 4 分组 人数 - - - 14 15 四、实验安排

实验一 SCR催化剂制备

一、实验目的:

深入了解SCR催化转化研究领域,加深对催化剂制备的认识,掌握相关的实验方法与技能。

二、实验步骤:

1.称取一定量的仲钨酸胺和偏钒酸胺加入40mL去离子水中,加少量草酸促进溶解,适当加热促进溶解,至其完全溶解,制备一系列的不同钒、钨质量比的V-W溶液。 2.将TiO2(P25型)浸渍于活性组分溶液中,搅拌1h后,缓慢加热搅拌至浆糊状, 3.置于烘箱中,在110度下干燥过夜。

4.最后于马弗炉上500度焙烧4h,自然冷却至室温。 5.研磨制得40-60目的V2O5-WO3/TiO2粉末。

三、实验数据记录

实验二 催化转化法去除氮氧化物

一、实验意义和目的

随着我国烟气和机动车尾气排放标准日益严格,对烟/尾气中的主要污染物氮氧化物(NOx)在富氧条件下的排放控制变得越来越紧迫,而其中最有效易行的就是选择性催化还原法(SCR)——通过在SCR装置或催化转化器将NOx转化为无害的氮气。

通过本实验的学习,不但可以深入了解该研究领域,更可加深对课程中催化转化法去除污染物相关章节的理解,并掌握相关的实验方法与技能。 二、实验原理

在催化剂的作用下,烟气/汽车尾气中的氮氧化物被外加的氨气还原剂选择性还原,总的反应方程式为

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

本试验以钢瓶气为气源,以高纯氮气为平衡气,模拟烟气/汽车尾气中一氧化氮(NO)和氧气(O2)浓度,并设定其流量,在不同温度下,通过测量催化剂反应器进出口气流中NOx的浓度,评价催化剂对NOx的去除效率。

通过改变气体总流量改变反应的空速(GHSV,气体量与催化剂样品量之比,h-1),通过调节NO的进气量改变其入口浓度,评价催化剂在不同空速、不同NO入口浓度条件下的活性。

三、实验装置、流程和仪器

本实验采用自行设计和加工的固定床反应器实验系统。利用高压钢瓶气N2、NO、O2、NH3模拟汽车尾气,反应器进出口的NOx浓度由尾气分析仪测定。本实验采用的催化剂为自制SCR催化剂。实验装置见下图所示:

四、实验方法和步骤

(一)催化剂的制备

制备方法采用浸渍法,具体参数略。

(二)催化剂活性评价

1.称取催化剂样品约200mg,装填于反应器中。 2.连接实验系统气路,检查气密性。

3.调节质量流量计设置各气体流量,使总流量约为200mL/min,NO浓度约为500ppm,NH3约为500ppm,O2约为5%,设置气路为旁通(气体不经过反应器),测量并记录不经催化转化的NOx浓度,即入口浓度。

4.切换气路使气体通过反应器,设定反应器初始温度为150?C。

5.待温度稳定后测定NOx浓度,待其稳定后记录数值,即为NOx的出口浓度; 6.以5?C/min的速率将反应器温度升至450?C,每隔20?C记录一次数据,到达指定温度后实验结束,关闭NO、O2和NH3,降温。

7.关闭气瓶及仪器,关闭系统电源,整理实验室。

(三)空速对催化转化效率的影响

在催化剂活性最高的两个温度下,通过改变总气量改变反应空速,测定催化剂的活性,每个流量下待出口浓度稳定后记数。流量设定为200mL/min,400mL/min,600mL/min,800mL/min。

五、实验数据记录

参考以下表格对每一部分的实验结果进行记录。

催化剂制备 实验日期: 记录人: 催化剂: 制得催化剂重量(g): 前驱体 称取重量(g) 最终组成及比例 实验步骤: 1 种类及质量 2 溶液种类 去离子水体积(mL) 操作顺序及现象 3 搅拌时间(h) 4 烘干温度及时间

转速(r/min) 称量 溶解 浸渍 加热时长(min) 烘干及焙烧 焙烧温度及时间 升温速率(oC/min) 对转化效率影响实验部分 实验日期: 记录人: 催化剂: 重量(mg): 气体 流量(mL/min) 浓度 N2 —— NO 空速: O2 NH3 温度(℃) NOX出口浓度(ppm) 转化效率(%) 温度(℃) NOX出口浓度(ppm) 转化效率(%) 温度(℃) NOX出口浓度(ppm) 转化效率(%) 150 270 390 170 290 410 190 310 430 210 330 450 230 350 250 370 六、实验结果分析与讨论

1.作效率~温度、效率~空速曲线。

2.计算最佳条件下催化剂的活性,对实验条件下的催化剂去除氮氧化物的性能进行评价。

3.思考催化反应动力学及反应机理,设计实验方案。 4.实验中存在的问题及尚需改进的地方

实验二、袋式除尘器性能测定实验 一、实验目的

1. 深入理解布袋除尘器的构造及运行机理、过程。

2. 掌握除尘器性能测定的主要内容和方法,并对影响除尘器性能的主要因素有较全


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