科研思路与方法.ppt

1、科学研究的思路与方法 以烟气同时脱硫脱硝研究为例,刘振宇 中国科学院山西煤炭化学研究所 煤转化国家重点实验室,“科学”和“技术”研究方式的对比,The State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,技术研究,制备条件 及 产品优化,条件变化,条件优化 产品分析 指导生产,企业技术,目的,实验,结果 意义,方式,适应 对象,化学反应研究方式分析,The State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,化学反应研究 如侦探破案,看不到反应、传递 黑盒子,只有反应后的数据 作案后留下的现场,已有知识是辅

2、助或出发点 通常作案规律仅是破案出发点,抽提特点、提出假说 实验验证,内在现象和规律的揭示、新知识产生 破案,De-NOX,De-SO2,De-Hg,De-VOC,De- ？,燃煤污染物的集成脱除,The State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,燃煤：主要的能源、主要的污染源 部分锅炉有烟气脱硫（湿法） 所有锅炉没有烟气脱硝 国家发改委： 未来10年，我国脱硫装置投运和建设 3000亿元 发展方向：单一污染物脱除 一体化脱除,CuO/Al2O3基催化剂（400C） V2O5/AC基催化剂（150C） 催化剂再生技术及硫资源化 中试验证、工

3、业示范,山西煤化所进展,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,周期循环操作模式或双移动床操作模式,NH3,脱硫、脱硝,脱除,干法催化一体化脱硫、脱硝、脱汞工艺过程,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,催化剂 & 吸附剂,同时脱硫脱硝的特征化学问题,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,对催化剂的基本要求 吸SO2量大； 脱SO2脱NOX速率快,Catalyst 100oC 120oC150oC180oC200oC250o

4、C V/AC 76 76 78 86 90 90 Fe/AC 56 58 68 83 91 95 Mn/AC 37 38 45 62 84 96 Cr/AC 23 23 35 69 78 91 W/AC 18 17 25 32 35 44 Co/AC 77 Ag/AC 70 Ni/AC 65 Mo/AC 30,NO转化率(%),炭基（AC）催化剂筛选常规研究,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,温度,空速 时间 . .,研究结束？,前人尚未进行研究 V/AC好的内在原因 重要理论进展 指导技术发展,发现：350C，SO2不毒化催化剂，

5、反而促进NO脱除,200C,V2O5/AC：SO2的作用,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,对揭示内在规律、新知识产生而言 现象的发现仅仅是研究的开始！ 如作案现场证据收集,提出设想、假说 分析、验证 内在规律揭示（破案）,基于已有知识 催化剂对毒物的消除（假说）,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,AC对NH4HSO4的分解 假说的判定,担载的NH4HSO4的分解,Temperature (C),NO Concentration (ppm),Inlet NO,5wt% V

6、2O5/TiO2,5wt% V2O5/AC,significant NO consumption,担载的NH4HSO4与NO的反应,Temperature (C),SO2 Concentration (ppm),硫铵盐积累：可能的失活原因 V2O5/AC催化硫铵盐分解 V2O5/AC催化硫铵盐与NO的反应 ,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,V2O5/AC: 担载的NH4HSO4与NO的反应,温度，oC,NO Conversion, a.u.,低V确实有利于硫铵盐反应,证实了前面，但为什么？,无V不行，V多也不行,V2O5/AC催化

7、剂上硫铵盐的行为 H2O的影响,温度的影响,V量的影响,空速的影响,现象：有水时抗失活差，需更高温度、更少V2O5、更低空速,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,硫铵盐：生成和反应的速率变化,假说：毒化源于硫铵盐的积累 有水时更多的积累？,水对V2O5/AC催化剂上硫铵盐行为的影响,水抑制了硫铵盐的反应,水促进了硫氨盐的生成,同样的硫铵盐量时的反应,不同条件下硫铵盐的生成,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,没有否定原来的假说，认识层次深入，新知识产生 新问题：V对硫铵盐生成

8、和消耗的作用？新设想与假说？,要求：CuO/Al2O3：高SO2吸附量、高脱NO活性,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,CuO/Al2O3 : Na对脱SO2的影响,Cu8,Cu8Na1,Cu8Na3,+SO2,fresh,fresh,regenerated,regenerated,+SO2,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,CuO/Al2O3 : Na对脱NO的影响,原因？ 根据已有知识：催化剂的酸碱性？,验证判断： SO2提高催化剂表面NH3量 假说： Na增加NH3

9、的氧化，SO2降低NH3氧化活性,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,SO2的作用：酸性的影响,Na不改变NH3氧化活性,Na抑制NH3氧化成N2的反应,Na促进NH3氧化生成NO的反应,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,Na对NH3氧化的作用,Na对脱硝的负作用：促进NH3氧化生成NO的反应,结论： SO2减弱NH3氧化成NO的反应, 促进脱硝,State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,SO2对NH3氧化的作用,提高NH3氧化 温度100C,提高氧化成N2的温度 100C,提高氧化成NO的温度 200C,问题 假说 酸碱性 氨的氧化行为 ？氨氧化的意义？,建议的研究生科研方式,The State Key Laboratory of Coal Conversion ICC-CAS,目的 实用研究以样本为研究目的 科学研究以样本为例，研究内在规律