（一）实验目的
通过本实验掌握SCR催化作用的原理、催化剂的化学和物理特性、催化净化工艺，利用陶瓷蜂窝形催化剂制作气—固催化反应器的设计（包括空间流速、停留时间、催化床断面风速等），熟悉烟气分析仪及各种表征催化剂的仪器的使用。
（二）实验原理
一般认为：在典型的SCR条件下，SCR反应的化学计量关系如下：
4NO+4NH3+O2—→4N2+6H2O
2NH3+NO+NO2—→2N2+3H2O
NH3和NOx在催化剂上的反应主要过程如图3-6所示，主要有：
（1）NH3通过气相扩散到催化剂表面。
图3-6 NH3和NOx在催化剂上的反应主要过程
（2）NH3由外表面向催化剂孔内扩散。
（3）NH3吸附在活性中心上。
（4）NOx从气相扩散到吸附态NH3表面。
（5）NH3与NOx反应生成N2和H2O。
（6）N2和H2O通过微孔扩散到催化剂表面。
（7）N2和H2O扩散到气相主体。
催化剂的表面积和微孔特性很大程度上决定了催化剂反应活性，上述7个步骤中，速度最慢的为控制步骤。
（三）实验装置与设备
技术指标：
（1）不锈钢管式催化反应器，内径：20mm。
（2）长度：550mm。
（3）最高使用压力：0.25MPa。
（4）加热功率：1.5kW。
（5）最高使用温度：450℃。
（6）控温精度：±0.3% FS（Fullscale，满量程）。
（7）预热器最高使用温度：200℃。
（8）控温精度：±0.3% FS。
（9）加热功率：0.5kW。
（10）脱硝效率：约90%。
（11）催化剂基材主要由TiO2、V2O5、WO3等构成。
设备配置：
（1）大型仪表控制柜1个。
（2）不锈钢催化反应器1个。
（3）不锈钢气体预热器1套。
（5）高、中、低三段加热控温系统1套（最高使用温度：450℃）。
（6）温度调节电位器4个。
（7）调节电流表4个。
（8）AI智能温度控制系统5套。
（9）质量流量控制器4个，1个4路的流量显示仪，其中：
①质量流量计型号为D07-7B；流量显示仪型号D08-4F。
②质量流量计满量程流量：20SCCM（测一氧化氮）、20SCCM（测氨气）、50SCCM（测氧气）、500SCCM（测氮气）。
③准确度：±1.5%F.S.。
④漏气率：1×10-8SCCSHe。
⑤通道湿材料：316L。
⑥不锈钢、密封材料。(www.xing528.com)
（10）冷却器1个。
（11）冷却水泵1台。
（12）冷却水箱1个。
（13）压力表4套。
（14）NO、NH3、N2、O2气体与8L铝钢瓶各1套共4套（包括减压阀等）。
（15）还原催化剂1套。
（16）气体混合器1套。
（17）气液分离器1套。
（18）专用气体人工取样口2个。
（19）仪表按钮控制开关5个。
（20）不锈钢连接管路、阀门1套。
整体外形尺寸：长1250mm×宽450mm×高1750mm。
催化剂的NH3法选择性催化还原NO的催化性能评价在连续流固定床催化反应器中进行，反应器为长550mm、内径20mm的不锈钢管，垂直放置在管式电炉的中央，不锈钢管中催化剂的装填长度为100mm。实验条件：反应在常压下进行，反应操作的温度为200～450℃，由S型热电偶检测温度，热电偶设置在反应器层，并采用智能温控仪控制以保证准确达到设定的床层温度。模拟烟气由氮气（N2作为平衡气）、NH3、NO（均来源于高压气瓶）组成。各种气体通过质量流量计控制按一定的比例混合，在混合器中混合均衡后再进入反应器，在反应器进、出口设置气体取样口。NO和O2的浓度由烟气分析仪进行测量。反应器的加热采用管式炉加热，实验装置流程如图3-7所示。
图3-7 催化转化法去除烟气氮氧化物实验装置
催化剂活性评价系统应包括如下几部分。
（1）反应部分 电加热炉、热电偶、温控仪、固定床反应器。
（2）气体控制与混合部分 用于配置模拟烟气的各种气体及减压阀、流量计、气体混合器、注射泵、加热带、加热带温控仪、热电偶或热电阻。
（3）分析部分 气体分析仪或气相色谱、数据采集仪。
（四）实验步骤
1.仪器预热
装置接通电源后，管式炉升温，质量流量计需预热40min以上，才能达到稳定的工作状态。
2.催化剂装填
根据实验的空速要求，在电子天平上称取一定量的催化剂样品3g（50目），装入反应管内，两端堵以少量惰性玻璃棉，用以固定催化剂床层；装好后的反应器装在反应炉的恒温段内。
3.配气
根据实验所需的气体总体积流量计各反应气的浓度计算出各路气体所需的流量，通过质量流量计控制，以此调配气体流量及各反应气浓度。质量流量计流量范围分别为：10SCCM（测一氧化氮）、20SCCM（测氨气）、50SCCM（测氧气）、500SCCM（测氮气）。
4.浓度测定
产物中NO的浓度测定，采用烟气分析仪。NO初始浓度测定后，调节温控仪设定值，使反应器达到所需的实验温度，记录稳定后NO浓度值，即为此温度下的NO平衡浓度值。类似地可进行其他温度点的测定。
5.NO转化率的计算
根据反应前后NO浓度值，可计算出各反应温度下NO转化率，以此数据作为衡量催化剂活性的指标。NO转化率定义为：
实验条件：反应在固定床连续流动反应器中进行，反应前将3g的催化剂（50目）于100℃下通氩气处理2h后通反应气，反应气由NH3、NO和氧气及稀释氩气按照实验要求按一定比例混合后进入反应器。反应温度设置为200～450℃，停留时间为0.4～1.0s。
（五）实验结果整理
1.反应温度对催化剂活性（脱硝率）的影响
反应条件NH3/NO摩尔比=1.1，停留时间0.8s，选取200～400℃中5个反应温度，测量进、出口NO浓度，计算脱硝率。数据记录见表3-13。
2.停留时间对催化剂活性（脱硝率）影响
反应条件NH3/NO摩尔比=1.1，反应温度350℃，分别选取0.4～1.2s中5个停留时间，测量进、出口浓度，计算脱硝率。数据记录见表3-14。
表3-13 反应温度对脱硝率的影响数据记录表
表3-14 停留时间对脱硝率的影响数据记录表
3.NH3/NO摩尔比对催化剂活性（脱硝率）的影响
停留时间0.8s，反应温度350℃。选取NH3/NO摩尔比在1.05～1.25中5个点，测量进、出口NO浓度，计算脱硝率。数据记录见表3-15。
表3-15 NH3/NO摩尔比对脱硝率的影响数据记录表
（六）思考题
（1）反应温度对催化剂活性（脱硝率）的影响如何？
（2）停留时间对催化剂活性（脱硝率）的影响如何？
（3）NH3/NO摩尔比对催化剂活性（脱硝率）的影响如何？
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