《工業(yè)催化原理》講義(07)26

1、第六章第六章 環(huán)保催化和生物酶催化過程環(huán)保催化和生物酶催化過程 主要內(nèi)容：機(jī)動(dòng)車尾氣凈化、主要內(nèi)容：機(jī)動(dòng)車尾氣凈化、 催化脫硫、催化脫硫、 催化脫氮等過程；催化脫氮等過程； 生物酶催化過程生物酶催化過程. . 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 1 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 一、環(huán)保催化的特點(diǎn)：一、環(huán)保催化的特點(diǎn)： 1、被處理的氣體或液體的濃度很低；、被處理的氣體或液體的濃度很低； 2、被處理的物質(zhì)往往是催化劑的毒物，如硫、被處理的物質(zhì)往往是催化劑的毒物，如硫、 砷、鹵化物、重金屬等；砷、鹵化物、重金屬等； 3、處理的量一般都較大；、處理的量一般都較大；

2、 4 4、要求催化劑具有好的抗毒性。、要求催化劑具有好的抗毒性。 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(1) 光化學(xué)煙霧的形成光化學(xué)煙霧的形成 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 3 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(2) 1、主要有害成分：、主要有害成分： （1）CO 燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，濃度最高的一燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，濃度最高的一 種成分；種成分； （2）HC 缸壁淬冷及燃料不完全燃

3、燒，缸壁淬冷及燃料不完全燃燒，500-1000 ppm； （3）NOx 燃燒室高溫、高壓下氮氧化合而成，燃燒室高溫、高壓下氮氧化合而成， 100-3000 ppm； （4）SO2 燃料中的含硫化合物。燃料中的含硫化合物。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 4 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 4 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(3) 2、汽車尾氣凈化：、汽車尾氣凈化：-三效催化劑：三效催化劑： （1 1）三效催化劑的作用機(jī)理：三效催化劑的作用機(jī)理： A 氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)：CO + O2 CO2 HC + O2 CO2 + H2

4、O B 還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：CO + NO CO2 + N2 HC + NO CO2 + N2 + H2O C 分解反應(yīng)：分解反應(yīng)：NO N2 + O2 NO2 N2 + O2 D 水蒸氣重整反應(yīng)：水蒸氣重整反應(yīng)：HC + H2O CO + H2 E 水煤氣變換反應(yīng)：水煤氣變換反應(yīng)：CO + H2O CO2 + H2 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 5 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 5 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化二、機(jī)動(dòng)車尾氣凈化(4) （2）催化劑：）催化劑： 活性組分，活性組分， Pt、Rh等（主組分）；稀土元素（助等（主組分）；稀

5、土元素（助 催化劑）；催化劑）； 載體：活性氧化鋁、沸石分子篩、堇青石蜂窩陶瓷、載體：活性氧化鋁、沸石分子篩、堇青石蜂窩陶瓷、 整體式金屬載體。整體式金屬載體。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 6 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 6 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 三、煙氣脫硫三、煙氣脫硫(1) 大氣中大氣中SOx、NOx的變化的變化 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 7 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 7 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 三、煙氣脫硫三、煙氣脫硫(2) 1、污染源：燃煤電廠、冶煉廠、化工廠、焦化廠、污染源：燃煤電廠

6、、冶煉廠、化工廠、焦化廠 等的廢氣中的等的廢氣中的SO2、H2S等。等。 2、催化脫硫方式：、催化脫硫方式： （1）催化還原法：（）催化還原法：（Claus 法，法，H2S還原還原SO2回收回收S） SO2 + 2H2S 3S + 2H2O；（通常是；（通常是H2S部分燃燒生成部分燃燒生成 SO2并提供熱量，同時(shí)未反應(yīng)的并提供熱量，同時(shí)未反應(yīng)的H2S與與SO2反應(yīng)生成反應(yīng)生成S） 催化劑：鋁釩土類催化劑；反應(yīng)溫度一般為催化劑：鋁釩土類催化劑；反應(yīng)溫度一般為220-350 。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 8 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 8 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過

7、程環(huán)保催化過程 三、煙氣脫硫三、煙氣脫硫(3)： （2）催化氧化法：）催化氧化法：WSA（濕氣體制酸）工藝：（濕氣體制酸）工藝： SO2 + 1/2O2 SO3 + 99 kJ/mol 催化劑：釩基催化劑催化劑：釩基催化劑 SO3 + H2O H2SO4(丹麥丹麥Topse公司專利公司專利WSA 冷卻器冷卻器 中冷卻中冷卻) 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 9 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 9 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 三、煙氣脫硫三、煙氣脫硫(4)： （3）催化吸收法：利用吸收劑（如分子篩等）催化吸收法：利用吸收劑（如分子篩等） 將將SO2、H2S先吸

8、收下來，再采用催化氧化或催先吸收下來，再采用催化氧化或催 化還原法處理?；€原法處理。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 10 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 10 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 四、煙氣脫氮（四、煙氣脫氮（N2O(笑氣笑氣), NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O5 總總稱稱NOx） 1、污染源：除機(jī)動(dòng)車尾氣外，主要是燃煤電廠、化工、污染源：除機(jī)動(dòng)車尾氣外，主要是燃煤電廠、化工 過程，工業(yè)爐窯等的廢氣。造成酸雨和光化學(xué)煙霧。過程，工業(yè)爐窯等的廢氣。造成酸雨和光化學(xué)煙霧。 2、脫氮方式：、脫氮方式： （1）催化分解法，如：）催化分解法

9、，如： 2NO N2 + O2 催化劑：催化劑：Pt、Rh、Cu-ZSM-5分子篩催化劑等有好的分子篩催化劑等有好的 活性?；钚?。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 11 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 11 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 （2）催化還原法，利用不同的還原劑，如）催化還原法，利用不同的還原劑，如NH3, H2, CO, 烴類，在催化劑作用下消除烴類，在催化劑作用下消除NOx。 如：如：2NO + 2H2 N2 + 2H2O 4NO + CH4 CO2 + 2N2 + 2H2O （3）催化氧化法（）催化氧化法（SCO法），當(dāng)煙氣中同時(shí)含有法），當(dāng)煙

10、氣中同時(shí)含有SOx、 NOx和未消耗的和未消耗的O2時(shí)，在催化劑作用下同時(shí)消除時(shí)，在催化劑作用下同時(shí)消除NOx和和 SO2。 如：如：N2O3 + SO2 + 6NH3 + 3H2O 3(NH4)2SO4 + N2 催化劑：分子篩、活性炭、金屬氧化物或貴金屬催化劑等。催化劑：分子篩、活性炭、金屬氧化物或貴金屬催化劑等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 12 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 12 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 五、有機(jī)廢氣的處理（主要是揮發(fā)性有機(jī)物五、有機(jī)廢氣的處理（主要是揮發(fā)性有機(jī)物 VOCs） 1、污染源：化工、輕工、涂料、印刷等行業(yè)的、污染

11、源：化工、輕工、涂料、印刷等行業(yè)的 廢氣。包括烴類（烷、芳烴類）、含氧有機(jī)物廢氣。包括烴類（烷、芳烴類）、含氧有機(jī)物 （醛類）、含氮有機(jī)物（胺、腈類）、鹵族有（醛類）、含氮有機(jī)物（胺、腈類）、鹵族有 機(jī)物（鹵代烴類），有機(jī)硫化物（硫醇、硫醚機(jī)物（鹵代烴類），有機(jī)硫化物（硫醇、硫醚 類）等。類）等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 13 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 13 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 2、處理方式：、處理方式： （1）催化燃燒法：利用催化劑使有機(jī)物在較低）催化燃燒法：利用催化劑使有機(jī)物在較低 的溫度下與氧化合，生成的溫度下與氧化合，生成H2O

12、和和CO2，到達(dá)凈，到達(dá)凈 化的目的。化的目的。 （2）吸附法等：使有機(jī)廢氣通過活性炭等吸附）吸附法等：使有機(jī)廢氣通過活性炭等吸附 劑吸附廢氣中的有機(jī)物，吸附飽和后，解析再劑吸附廢氣中的有機(jī)物，吸附飽和后，解析再 生，解析的有機(jī)物可回收或作為燃料。生，解析的有機(jī)物可回收或作為燃料。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 14 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 14 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 六、水中污染物催化治理六、水中污染物催化治理1 1、污染源：、污染源： （1）工業(yè)生產(chǎn)廢水，排放量大，污染物種類多；）工業(yè)生產(chǎn)廢水，排放量大，污染物種類多； （2）生活廢水；）

13、生活廢水； （3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水等。）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 15 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 15 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 六、水中污染物催化治理六、水中污染物催化治理2 2、污染物種類、污染物種類 （1）酚類（如苯酚、甲酚等）酚類（如苯酚、甲酚等） （2）芳烴及衍生物（如苯、二甲苯等）芳烴及衍生物（如苯、二甲苯等） （3）氰及腈化物（如乙腈、氰醇等）氰及腈化物（如乙腈、氰醇等） （4）有機(jī)氧化物（如甲醛等）有機(jī)氧化物（如甲醛等） （5）有機(jī)氯化物（如多氯聯(lián)苯等）有機(jī)氯化物（如多氯聯(lián)苯等） （6）農(nóng)藥（如有機(jī)氯、磷、汞、砷等

14、）農(nóng)藥（如有機(jī)氯、磷、汞、砷等） 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 16 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 16 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 六、水中污染物催化治理六、水中污染物催化治理3 3、幾種處理技術(shù)、幾種處理技術(shù) （1）光催化臭氧化（）光催化臭氧化（O3/UV）技術(shù)：可有效消除氰化物、）技術(shù)：可有效消除氰化物、 醇、醛、酚等，污染物可完全降解為醇、醛、酚等，污染物可完全降解為CO2和和H2O； （2）多相光催化氧化技術(shù)：以）多相光催化氧化技術(shù)：以n型半導(dǎo)體，如型半導(dǎo)體，如TiO2、ZnO、 CdS等為催化劑，在等為催化劑，在 UV作用下，降解有機(jī)污染物，

15、如作用下，降解有機(jī)污染物，如 TiO2/UV可有效消除多氯聯(lián)苯；可有效消除多氯聯(lián)苯； 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 17 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 17 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 六、水中污染物催化治理六、水中污染物催化治理4 3、幾種處理技術(shù)、幾種處理技術(shù) （3）超臨界催化氧化凈化技術(shù)：超臨界水可與氧氣或有）超臨界催化氧化凈化技術(shù)：超臨界水可與氧氣或有 機(jī)物以任意比例互溶，在催化劑的作用下，有機(jī)污染物機(jī)物以任意比例互溶，在催化劑的作用下，有機(jī)污染物 可快速被降解。有均相催化和多相催化。如可快速被降解。有均相催化和多相催化。如Pt、Pd /Al2O

16、3催化劑等。催化劑等。 （4）濕式催化氧化技術(shù)：始于）濕式催化氧化技術(shù)：始于20世界世界70年代，在傳統(tǒng)的年代，在傳統(tǒng)的 濕式氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，由于催化劑的作用，濕式氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，由于催化劑的作用， 反應(yīng)溫度和壓力較低，時(shí)間較短。反應(yīng)溫度和壓力較低，時(shí)間較短。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 18 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 18 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 七、固體廢棄物催化治理七、固體廢棄物催化治理1 1、來源：、來源： （1）城市廢物；）城市廢物； （2）產(chǎn)業(yè)廢物；）產(chǎn)業(yè)廢物； （3）礦業(yè)廢物；）礦業(yè)廢物； （4）農(nóng)業(yè)廢物等。）

17、農(nóng)業(yè)廢物等。 2、污染：、污染： （1）土壤；）土壤； （2）水體；）水體； （3）大氣。）大氣。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 19 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 19 第一節(jié)第一節(jié) 環(huán)保催化過程環(huán)保催化過程 七、固體廢棄物催化治理七、固體廢棄物催化治理2 3、固體廢棄物的資源化和綜合利用、固體廢棄物的資源化和綜合利用 （1）回收能源；）回收能源； （2）生產(chǎn)化肥；）生產(chǎn)化肥； （3）生產(chǎn)建筑材料；）生產(chǎn)建筑材料； （4）提取化工原料。）提取化工原料。 4、幾種回收技術(shù)、幾種回收技術(shù) （1）塑料廢棄物回收：回收再利用；催化裂解制取化學(xué)品和燃）塑料廢棄物回收：回收再

18、利用；催化裂解制取化學(xué)品和燃 料等。料等。 （2）廢舊橡膠回收：回收制取再生橡膠；催化裂解制取燃料和）廢舊橡膠回收：回收制取再生橡膠；催化裂解制取燃料和 炭黑。炭黑。 （3）廢舊電池回收：回收金屬等。）廢舊電池回收：回收金屬等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 20 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 20 第二節(jié)第二節(jié) 生物酶催化過程生物酶催化過程 一、酶的類型和特性一、酶的類型和特性1 1、類型：、類型： （1）氧化還原酶：氧化還原；）氧化還原酶：氧化還原； （2）轉(zhuǎn)移酶：基團(tuán)轉(zhuǎn)移；）轉(zhuǎn)移酶：基團(tuán)轉(zhuǎn)移； （3）水解酶：水解；）水解酶：水解； （4）裂解酶：基團(tuán)消除并形成

19、雙鍵；）裂解酶：基團(tuán)消除并形成雙鍵； （5）異構(gòu)酶：異構(gòu)；）異構(gòu)酶：異構(gòu)； （6）連接酶：分子之間連接。）連接酶：分子之間連接。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 21 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 21 第二節(jié)第二節(jié) 生物酶催化過程生物酶催化過程 一、酶的類型和特性一、酶的類型和特性2 2、酶的催化特性、酶的催化特性 （1）催化效率高；）催化效率高； （2）選擇性高；）選擇性高； （3）反應(yīng)條件溫和；）反應(yīng)條件溫和； （4）可自動(dòng)調(diào)節(jié)活性；）可自動(dòng)調(diào)節(jié)活性； （5）同時(shí)具有均相和多相的特征。）同時(shí)具有均相和多相的特征。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 22 化工資源有效利用

20、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 22 第二節(jié)第二節(jié) 生物酶催化過程生物酶催化過程 二、酶的催化作用機(jī)理二、酶的催化作用機(jī)理 1、酸堿催化：質(zhì)子化或非質(zhì)子化為特征；、酸堿催化：質(zhì)子化或非質(zhì)子化為特征； 2、共價(jià)催化：親電、親核催化；、共價(jià)催化：親電、親核催化； 3、氧化還原機(jī)理。、氧化還原機(jī)理。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 23 化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 23 第二節(jié)第二節(jié) 生物酶催化過程生物酶催化過程 三、生物酶在石油化工中的應(yīng)用三、生物酶在石油化工中的應(yīng)用1 1、丙烯腈水解生產(chǎn)丙烯酰胺：、丙烯腈水解生產(chǎn)丙烯酰胺： 日本日東公司，日本日東公司，1985年建成年建成4000 噸噸/年裝置；催化年裝置；催化 劑：腈水解酶劑：腈水解酶N-774；反應(yīng)溫度：；反應(yīng)溫度：0-5；pHpH值：值：7.5-7.5- 8.58.5；丙烯腈單程轉(zhuǎn)化率：丙烯腈單程轉(zhuǎn)化率：99.9% 。 2、生物聚合物：、生物聚合物