SCR 的化學反應機理比較復雜,主要是NH3 在一定的溫度和催化劑的作用下,有選擇地把煙氣中NO 的還原為N2 ,同時生成水。催化的作用是降低分解反應的活化能,使其反應溫度降低至150 - 450 ℃之間,其反應可表示如下:

4NO + 4NH3 + O2 →4N2 + 6H2O (1)
NO + NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O(2)
6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2O (3)

其中第一個反應是最主要的,因為煙氣中NOx 幾乎是以NO的形式存在,在沒有催化劑的情況下, 這些反應只能在很窄的溫度范圍內(980 ℃左右) 進行。通過選擇合適的催化劑,反應溫度可以降低,并且可以擴展到適合電廠實際使用的290 - 430 ℃范圍。

在反應條件改變時,還可能發(fā)生以下反應:

4NH3 + 3O2 →2N2 + 6H2O + 1267. 1 kJ (4)
2NH3 →N2 + 3H2 - 91. 9 kJ (5)
4NH3 + 5O2 →4NO + 6H2O + 907. 3kJ (6)

發(fā)生NH3 分解的反應和NH3 氧化為NO 的反應都在350 ℃以上才進行,450 ℃以上才劇烈起來。在一般的選擇性催化還原工藝中,反應溫度�？刂圃�300 ℃以下,這時僅有NH3 氧化為N2 的副反應發(fā)生。

但是在某些條件下,在SCR 系統(tǒng)里也會產(chǎn)生如下的不利反應:

SO2 + 1/2O2→SO3 (7)
NH3 + SO3 + H2O →NH4HSO4 (8)
2NH3 + SO3 + H2O →(NH4 ) 2HSO4 (9)
SO3 + H2O →H2 SO4 (10)

反應中形成的NH4HSO4 和(NH4 ) 2 SO4 很容易對空氣預熱器進行粘污,對空氣預熱器影響很大。

NH3 和NOx 在催化劑上的反應是遵循Eley - Rideal 機理,即NH3 選擇吸附在催化劑表面上的酸性中心位(B 酸及L酸) 并得到活化,氣相中的NO 分子與其反應,并消耗催化劑表面活性氧而生成N2 和H2O ,氣相中的氧通過催化劑內傳遞而更新表面氧從而完成催化循環(huán)。NH3 和NOx 在催化劑上的反應主要過程為:

①NH3 通過氣相擴散到催化劑表面;
②NH3 由外表面向催化劑孔內擴散;
③NH3 吸附在活性中心上;
④NOx 從氣相擴散到吸附態(tài)NH3 表面;
⑤NH3 與NOx 反應生成N2 和H2O;
⑥N2 和H2O 通過微孔擴散到催化劑表面;
⑦N2 和H2O 擴散到氣相主體。

反應式(1) (2) 主要是在催化劑表面進行的,催化劑的外表面積和微孔特性很大程度上決定了催化劑反應活性,上述1 - 7 個步驟中,速度最慢的為控制步驟。

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