Stickoxide (NOx) sind einer der Hauptschadstoffe in der industriellen Produktion und verursachen erhebliche Schäden an der Atmosphäre. Mit zunehmend strengeren Umweltschutzstandards stehen verschiedene Branchen wie die Strom-, Stahl- und Chemieindustrie unter dem Druck, die NOx-Emissionen zu reduzieren. Lassen Sie uns als Nächstes verstehen, wie Denitrifikationskatalysatoren eine effiziente Behandlung von Stickoxiden erreichen.

 

1. Selektive katalytische Reduktion (SCR): Kernreaktionsmechanismus
Die Technologie der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) ist derzeit die am weitesten verbreitete und ausgereifteste Denitrifikationstechnologie. Ihr Kernprinzip besteht darin, ein Reduktionsmittel (wie Ammoniak) in das Rauchgas einzuführen. Unter der Einwirkung des Katalysators wird NOx selektiv zu harmlosem Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) reduziert, wodurch eine Denitrifikation erreicht wird.

 

Die grundlegende Reaktionsgleichung der SCR-Reaktion lautet:

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O4NO + 4NH_3 + O_2 \rightarrow 4N_2 + 6H_2O4NO+4NH3+O2​→4N2​+6H2​O6NO2+8NH3→7N2+12H2O6NO_2 + 8NH_3 \rightarrow 7N_2 + 12H_2O6NO2​+8NH3​→7N2​+12H2​O

Der Katalysator spielt eine Rolle bei der Förderung der Reaktion in diesem Prozess, während er die Reaktionstemperatur so steuert, dass das Reduktionsmittel hauptsächlich mit NOx reagiert und die Oxidation von Ammoniak vermieden wird. Die Denitrierungseffizienz der SCR-Technologie kann in der Regel mehr als 90% erreichen und bietet ein breites Anwendungsspektrum. Es ist die bevorzugte Technologie für Wärmekraftwerke, Stahlwerke und andere Industrien.

 

2. Zusammensetzung und Struktur des Katalysators: der Schlüssel zur Beeinflussung der Denitrierungseffizienz
Der Katalysator ist die Kernkomponente der SCR-Technologie und seine Materialzusammensetzung und Mikrostruktur bestimmen direkt die Reaktionseffizienz. Zu den üblichen Katalysatormaterialien gehören Vanadium-Titan, Vanadium-Wolfram, Mangan, Eisen-basierte und Molekularsiebkatalysatoren. Jedes Material hat seinen spezifischen anwendbaren Temperaturbereich und seine Arbeitsbedingungen.

 

Vanadium-Titan-Katalysator: der am häufigsten verwendete, für einen Temperaturbereich von 300–400 °C geeignet und sehr kostengünstig.
Vanadium-Wolfram-Katalysator: Vanadium-Titan wird Wolfram hinzugefügt, um die Antischwefelungsfähigkeit zu verbessern, geeignet für Rauchgase mit hohem Schwefelgehalt.

Molekularsiebkatalysator: Die Molekularsiebstruktur vergrößert die spezifische Oberfläche des Katalysators, was dazu beiträgt, die katalytische Wirkung in Umgebungen mit niedrigen und hohen Temperaturen zu verbessern.

Die strukturelle Gestaltung des Katalysators, insbesondere die Oberfläche und Porosität, wirkt sich direkt auf die Kontakteffizienz der Reaktion aus. Je größer die spezifische Oberfläche, desto mehr Möglichkeiten hat das Reduktionsmittel, mit NOx in Kontakt zu kommen, und desto höher ist die Reaktionseffizienz. Gleichzeitig muss das Kanaldesign die Reaktionsrate und den Luftströmungswiderstand berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die Rauchgasströmungsrate nicht beeinträchtigt wird.

 

3. Optimierung der Wirkstoffe: Verbesserung der Vergiftungsbeständigkeit und Haltbarkeit
Unter tatsächlichen Arbeitsbedingungen enthält Rauchgas häufig Verunreinigungen wie SO₂ und Staub, die den Katalysator vergiften und seine Denitrifikationseffizienz verringern können. Daher ist die Antivergiftungsleistung des Katalysators von entscheidender Bedeutung. Als Reaktion auf dieses Problem verbessern Forscher weiterhin die aktiven Komponenten des Katalysators, um die Antivergiftungsleistung und Haltbarkeit des Katalysators zu verbessern.

 

Antischwefelung: Durch Zugabe von Wolframelementen oder Verwendung von Molekularsiebstrukturen kann die Antischwefelungsfähigkeit des Katalysators wirksam verbessert werden, um zu verhindern, dass SO₂ in Sulfat umgewandelt wird und die Katalysatoroberfläche vergiftet.

Wasserbeständigkeit: In einer Denitrifikationsumgebung mit niedrigen Temperaturen kann Wasserdampf mit der Katalysatoroberfläche reagieren, was zu einer Verringerung der katalytischen Aktivität führt. Durch das Hinzufügen wasserbeständiger Komponenten kann die Wasserbeständigkeit des Katalysators effektiv verbessert und seine Stabilität in einer feuchten Umgebung sichergestellt werden.

Widerstandsfähigkeit gegen Alkalimetallvergiftung: Unter bestimmten Arbeitsbedingungen enthält Rauchgas Alkalimetalle wie Natrium und Kalium, die nach der Reaktion mit dem Katalysator zu einer Abnahme der katalytischen Aktivität führen. Als Reaktion auf diese Situation kann eine Schutzschicht auf die Katalysatoroberfläche aufgetragen werden, um den Kontakt von Alkalimetallen mit aktiven Komponenten zu verringern.

Durch die Verbesserung der aktiven Komponenten können die Vergiftungsbeständigkeit und Lebensdauer von Denitrifikationskatalysatoren unter komplexen Arbeitsbedingungen erheblich verbessert werden, wodurch Unternehmen langfristige und stabile Denitrifikationseffekte erzielen können.

 

4. Temperaturkontrolltechnologie: der Schlüssel zur Optimierung der Reaktionseffizienz
Die Effizienz der SCR-Reaktion ist sehr temperaturempfindlich. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen beeinträchtigen die katalytische Wirkung. Verschiedene Katalysatoren haben ihre eigenen optimalen Temperaturbereiche. Beispielsweise beträgt die optimale Reaktionstemperatur von Vanadium-Titan-Katalysatoren 300–400 °C, während Mangan-Katalysatoren für niedrige Temperaturen (180–250 °C) geeignet sind.

 

Hochtemperaturbedingungen: Unter Hochtemperaturbedingungen sind Molekularsiebkatalysatoren und Vanadium-Wolfram-Katalysatoren stabiler und weniger anfällig für Deaktivierung. Durch eine rationale Auswahl der Katalysatormaterialien kann die Denitrifikationseffizienz unter Hochtemperaturumgebungen verbessert werden.

Niedrigtemperaturbedingungen: Für Niedrigtemperaturbedingungen wie Zementwerke oder Müllverbrennungsanlagen können Niedertemperaturkatalysatoren (wie Mangankatalysatoren) ausgewählt oder Rauchgaserwärmungstechnologie verwendet werden, um die Temperatur zu erhöhen und so die Reaktionsaktivität sicherzustellen.

Darüber hinaus beeinträchtigen Temperaturschwankungen die Lebensdauer des Katalysators und die Entstickungseffizienz. Daher haben einige Hersteller intelligente Temperaturkontrollsysteme eingeführt, um die Reaktionstemperatur in Echtzeit zu überwachen und anzupassen und so sicherzustellen, dass die SCR-Reaktion unter optimalen Bedingungen durchgeführt wird.

 

5. Strömungstechnische Optimierung: Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Rauchgasverteilung
Um eine optimale Entstickungseffizienz zu erreichen, sollte das Rauchgas möglichst gleichmäßig auf der Katalysatoroberfläche verteilt werden. Dies erfordert eine Optimierung der Strömungsmechanik bei der Konstruktion des Reaktionsgeräts, eine Reduzierung von Luftstromabweichungen und toten Winkeln durch eine angemessene Rauchgasableitung und Verteilerkonstruktion sowie eine Maximierung der Kontaktrate zwischen Reduktionsmittel und NOx.

 

Rauchgasvergleichmäßigung: Am Einlass des SCR-Reaktors wird ein Rauchgasvergleichmäßigung angebracht, um das Rauchgas gleichmäßig auf die Katalysatoroberfläche zu verteilen und so eine angemessene Reaktion sicherzustellen.

Strömungsfeldsimulation: Verwenden Sie Strömungsfeldsimulationstechnologie, um den Rauchgasströmungsweg zu optimieren und die Luftstromabweichung des Katalysatorbetts zu verringern. Insbesondere bei großen Industrieanlagen kann die Strömungsfeldsimulation die Rauchgasverteilung effektiv vorhersagen und eine wissenschaftliche Grundlage für die strukturelle Optimierung des Katalysatorgeräts bieten.

Durch die Anwendung strömungsmechanischer Optimierungstechnologie lässt sich die Gesamteffizienz der Denitrifikation des SCR-Systems weiter steigern und das Problem der instabilen Denitrifikation aufgrund einer ungleichmäßigen Luftstromverteilung verringern.

 

6. Katalysator-Regenerationstechnologie: Verlängern Sie die Lebensdauer
Die Aktivität des Katalysators nimmt bei längerem Gebrauch aufgrund der Ansammlung von Verunreinigungen und Schadstoffen ab. Die Katalysatorregenerationstechnologie kann die Aktivität des ausgefallenen Katalysators teilweise wiederherstellen und so seine Lebensdauer verlängern.

Chemische Reinigung: Reinigen Sie die Oberfläche des Katalysators mit einer Lösung von Verunreinigungen wie Asche und Sulfat, um seine Aktivität wiederherzustellen.
Thermische Regeneration: Durch die Hochtemperaturbehandlung werden an der Katalysatoroberfläche adsorbierte Schadstoffe zersetzt und die katalytische Leistung der aktiven Komponenten wiederhergestellt.

Durch den ausgereiften Einsatz von Regenerationstechnologie können Unternehmen nicht nur ihre Kosten für den Katalysatoraustausch senken, sondern auch die Menge des zu verarbeitenden Industrieabfalls verringern und ein Recycling von Ressourcen realisieren.

 

Abschluss
Die Kerntechnologie des Denitrifikationskatalysators umfasst viele Aspekte von der Materialzusammensetzung bis zum Strukturdesign, von der Temperaturregelung bis zur Optimierung der Strömungsmechanik. Bei der Auswahl und Verwendung von Denitrifikationskatalysatoren müssen Unternehmen umfassende Überlegungen anstellen, die auf Faktoren wie Betriebstemperatur, Rauchgaszusammensetzung und Anforderungen an die Denitrifikationseffizienz basieren. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Umweltschutzstandards wird die Katalysatortechnologie in Zukunft mehr Wert auf die Entwicklung von hoher Effizienz, Stabilität und Haltbarkeit legen, um strengere Anforderungen an die NOx-Emissionskontrolle zu erfüllen.

 

Effiziente Denitrifikationskatalysatoren können Unternehmen nicht nur dabei helfen, die Umweltschutzanforderungen zu erfüllen, sondern auch die negativen Auswirkungen der Produktion auf die Umwelt wirksam zu verringern und zur Erreichung der Umweltschutzziele einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen.