催化法燃燒法

催化法燃燒法第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)不同濃度的污染物具有很高轉(zhuǎn)化率；②污染物與主氣流不需要分離，避免了可能產(chǎn)生的第二次污染；③操作過(guò)程簡(jiǎn)化。缺點(diǎn)：催化劑較貴，且廢氣預(yù)熱需耗一定能量，這樣使凈化處理的費(fèi)用增加。第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日催化作用１．概念：化學(xué)反應(yīng)速度因加入某種物質(zhì)而改變，而被加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，在反應(yīng)終止時(shí)不變的作用稱(chēng)為催化作用。該物質(zhì)就是催化劑，也叫觸媒。２．機(jī)理：通過(guò)加入催化劑，改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)物活化能，從而達(dá)到加快反應(yīng)速度的目的。3.兩個(gè)顯著的特征：1）催化劑能加速反應(yīng)速度（正、逆）而不能使平衡移動(dòng)；2）催化作用具有特殊的選擇性。第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日例如反應(yīng)A+B→C是通過(guò)中間活性結(jié)合物(AB)過(guò)渡而成的，即：A+B→[AB]→C

其反應(yīng)速度較慢。當(dāng)加入催化劑K后，反應(yīng)從一條很容易進(jìn)行的途徑實(shí)現(xiàn)：A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K

中間不再需要[AB]向C的過(guò)渡，從而加快了反應(yīng)速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日催化劑加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)（一）組成主活性組分：催化劑主體，可單獨(dú)作為催化劑；助催化劑：添加劑，單獨(dú)使用沒(méi)有活性，與活性組分共存時(shí)能顯著增強(qiáng)催化劑的催化活性。例如：SO2氧化為SO3時(shí)，在所用的V2O5催化劑中加入K2SO4，V2O5的催化活性大大提高。載體：用來(lái)承載活性物質(zhì)和助催化劑。常用載體：硅藻土、硅膠、分子篩、氧化鋁等。凈化氣態(tài)污染物常用的催化劑：釩、鉑、鈀等。第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（二）

催化劑的性能主要指：其活性、選擇性和穩(wěn)定性第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1．活性衡量催化劑效能大小的標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)上，催化劑的活性常用單位時(shí)間內(nèi)單位體積（或質(zhì)量）催化劑在一定條件（溫度、壓力、空速和反應(yīng)物質(zhì)濃度）下，所得的產(chǎn)品量來(lái)表示。公式表示為：式中：A--------催化劑活性，kg/(h.g)；W--------產(chǎn)品質(zhì)量，kg；t----------反應(yīng)時(shí)間，h；WR-------催化劑質(zhì)量，g。

第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2．選擇性如果化學(xué)反應(yīng)可能同時(shí)向幾個(gè)平行方向發(fā)生，催化劑只對(duì)其中的某—個(gè)反應(yīng)起加速作用。活性與選擇性是催化劑本身最基本的性能指標(biāo)，是選擇和控制反應(yīng)參數(shù)的基本依據(jù)，二者均可度量催化劑加速化學(xué)反應(yīng)速度的效果，但反映問(wèn)題的角度不同?；钚?----催化劑對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用；選擇性---表示催化劑對(duì)提高原料利用率的作用第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日3．穩(wěn)定性定義：催化劑在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中保持活性的能力包括：（1）熱穩(wěn)定性；（2）機(jī)械穩(wěn)定性：（3）抗毒穩(wěn)定性。影響催化劑壽命的因素主要有：催化劑的老化和中毒。

第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日老化：催化劑在正常工作條件逐步失去活性過(guò)程。催化劑的老化主要是由于熱穩(wěn)定性與機(jī)械穩(wěn)定性決定的，例如低熔點(diǎn)活性組分的流失或升華，會(huì)大大降低催化劑的活性。機(jī)械性粉末被氣流帶走。也會(huì)加速催化劑的老化工作溫度對(duì)催化劑的老化影響很大，溫度選擇和控制不好，會(huì)使催化劑半熔或燒結(jié)，從而導(dǎo)致催化劑表面積的下降而降低活性。工作溫度越高，老化速度越快。第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日中毒：在催化劑使用過(guò)程中，由于體系中存在少量的雜質(zhì)，可使催化劑的活性和選擇性減小或者消失，這種現(xiàn)象叫催化劑中毒。這些能使催化劑中毒的物質(zhì)稱(chēng)之為催化劑毒物，如HCN、CO、H2S、Hg、Pb等。第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日環(huán)境工程中使用催化劑的特殊要求有害物含量很低，而凈化后要求極低，要求催化劑具有極高的去除效率。處理量很大，催化劑有高的活性和強(qiáng)度。被處理氣體或液體中通常含粉塵、重金屬等，催化劑應(yīng)有較高的抗毒性、化學(xué)穩(wěn)定性和好的選擇性。第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日氣固催化反應(yīng)過(guò)程氣固催化反應(yīng)一般經(jīng)歷五個(gè)步驟：①外擴(kuò)散過(guò)程：反應(yīng)物從氣相主體到催化劑外表面；②內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程：催化劑外表面到微孔內(nèi)顆粒內(nèi)表面吸附反應(yīng)；③化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制過(guò)程：顆粒內(nèi)表面吸附反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)內(nèi)表面；④內(nèi)擴(kuò)散：產(chǎn)物微孔到外表面；⑤外擴(kuò)散：外表面到氣相主體主氣流微孔固相催化劑粒子示意圖第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日吸附過(guò)程：反應(yīng)物在催化劑表面上被吸附；表面過(guò)程：吸附的反應(yīng)物在催化劑表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（表面反應(yīng)過(guò)程）；脫附過(guò)程：反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面上脫附下來(lái)。第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日催化法治理廢氣的一般工藝過(guò)程包括：（1)廢氣預(yù)處理去除催化劑毒物及固體顆粒物（避免催化劑中毒）；（2)廢氣預(yù)熱到要求的反應(yīng)溫度（如選擇性催化還原去除NOX廢氣的預(yù)熱溫度須達(dá)200-220OC以上）；（3）催化反應(yīng)；（4）廢熱和副產(chǎn)品的回收利用等。催化轉(zhuǎn)化工藝和設(shè)備第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日催化反應(yīng)器中小型設(shè)備采用固定床反應(yīng)器是最主要的氣固相催化反應(yīng)器間歇式操作。大型設(shè)備為流化床反應(yīng)器連續(xù)式操作。第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日固定床反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn):反應(yīng)速度較快催化劑用量較少固定床中催化劑不易磨損，可長(zhǎng)期使用操作方便(停留時(shí)間可嚴(yán)格控制，溫度分布可適當(dāng)調(diào)節(jié)，高選擇性和轉(zhuǎn)化率)缺點(diǎn):傳熱差(熱效應(yīng)大的反應(yīng)，傳熱和溫控是難點(diǎn))催化劑更換需停產(chǎn)進(jìn)行第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日單段絕熱反應(yīng)器固定床反應(yīng)器工藝過(guò)程：氣體從圓筒上部通入，經(jīng)過(guò)預(yù)分布裝置，均勻通過(guò)催化劑層，反應(yīng)后氣體經(jīng)下部引出。單層絕熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，氣流阻力小內(nèi)部溫度分布不均用于化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)小的場(chǎng)合第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日多段絕熱反應(yīng)器相鄰兩段之間引入熱交換特點(diǎn)：段間設(shè)置換熱器：可調(diào)節(jié)溫度；也使氣體再分布；可用于中等熱效應(yīng)的反應(yīng)。(a)間接換熱(b)直接換熱第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日軸向徑向固定床反應(yīng)器第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日列管式反應(yīng)器其結(jié)構(gòu)與管式換熱器相似管內(nèi)裝催化劑，管間通載熱體用于對(duì)反應(yīng)溫度要求高，或反應(yīng)熱效應(yīng)很大的場(chǎng)合第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日流化床催化反應(yīng)器

流化床反應(yīng)器是利用氣體自下而上通過(guò)團(tuán)體顆粒層而使固體顆粒處于懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣團(tuán)相反應(yīng)的裝置。①自由床流化床內(nèi)除分布板外，沒(méi)有其它構(gòu)件。床中催化劑被反應(yīng)氣體密相流化。它適用于熱效應(yīng)不大的一些反應(yīng)第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日②附內(nèi)構(gòu)件床床內(nèi)設(shè)有換熱管式擋板，這是流化床應(yīng)用最廣泛的一種形式。這些構(gòu)件既可用于換熱，又可限制氣泡增大和減少物料返混，適用于熱效應(yīng)大的反應(yīng)和溫度控制范圍較狹窄的場(chǎng)合。第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日③雙體流化床它由反應(yīng)器和再生器兩部分組成。反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，再生器內(nèi)使催化劑恢復(fù)活性。第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日催化轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用實(shí)例（自學(xué)）催化氧化法脫除SO2催化還原法脫除NOx催化燃燒法凈化有機(jī)廢氣汽車(chē)尾氣的催化凈化第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日燃燒法燃燒法是通過(guò)氧化作用，將廢氣中的可燃有害組分轉(zhuǎn)化為無(wú)害、或易于處理和回收的物質(zhì)的方法。其化學(xué)作用主要是燃燒氧化、個(gè)別情況下是熱分解第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日燃燒法適用于處理廢氣中濃度較高、發(fā)熱量較大的可燃性有害氣體燃燒法簡(jiǎn)便易行，可回收熱能,但不能回收有害氣體，易造成二次污染。燃燒凈化，可以廣泛地應(yīng)用于有機(jī)溶劑蒸氣及碳?xì)浠衔锏膬艋幚怼Ｓ泻ξ镔|(zhì)在燃燒氧化過(guò)程中被氧化成二氧化碳和水蒸氣。燃燒凈化也可以用于消除煙和臭味。第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日燃燒法分類(lèi)（一）直接燃燒法將廢氣用明火直接點(diǎn)燃，在爐內(nèi)或露天燃燒。特點(diǎn)是有火焰燃燒，燃燒溫度高。條件：可燃物的濃度必須高于最低發(fā)火極限。適用范圍：處理高濃度的H2S、HCN、CO、有機(jī)蒸氣廢氣。可在—般的爐窯中直接燃燒并回收熱能。第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日“火炬”燃燒——將廢氣通入煙筒，在煙筒末端進(jìn)行燃燒。燃燒徹底條件：氣流混合良好；藍(lán)色火焰說(shuō)明操作良好；黃橙色的火焰并拖著一條黑煙尾巴，說(shuō)明操作不良。氫碳比≥0.33。碳?xì)浠衔镏蠬／C重量比愈低，愈容易產(chǎn)煙，H／C≥0.33的，易燃燒無(wú)煙。H／C低時(shí)，可射入水蒸氣于燃點(diǎn)溫度，有助于消除不完全反應(yīng)?；鹁嫒紵鞯诙彭?yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日火炬燃燒的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)安全、簡(jiǎn)單、成本低不能回收熱能火炬易受天氣影響，特別是大風(fēng)時(shí)可使某些未燒掉的燃料氣擴(kuò)散。第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日含烴類(lèi)廢氣的直接燃燒（火炬燃燒）烴類(lèi)物質(zhì)大都不易溶于水，但在高溫下易氧化燃燒，完全氧化時(shí)生成CO2和H2O。含烴類(lèi)廢氣主要來(lái)源于煉油廠和石油化工廠。在噴漆或烘漆作業(yè)中，常有大量的溶劑，如苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)出來(lái)，污染環(huán)境，損害工人身體健康。這些蒸氣濃度較高時(shí)，可以采用直接燃燒法處理。第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D為直接燃燒法凈化烘漆廢氣的流程。燃燒爐設(shè)在大型烘箱內(nèi)，含有機(jī)溶劑的蒸氣被風(fēng)機(jī)從烘箱頂部抽出后，送入燃燒爐在800℃下燃燒。燃燒氣體與烘箱內(nèi)氣體通過(guò)熱交換器換熱后排空。該法凈化效率可達(dá)99.8%。第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（二）熱力燃燒1．定義：利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將廢氣加熱至高溫使其所含污染物分解、氧化，也叫焚燒。2．燃燒過(guò)程：（1）燃料輔助燃燒提供預(yù)熱能量；（2）高溫燃?xì)馀c廢氣混和以達(dá)到反應(yīng)溫度（3）廢氣在反應(yīng)溫度下達(dá)到充分燃燒。3．燃燒條件：溫度、停留時(shí)間、湍流。大部分CH，燃燒溫度700~800℃，停留時(shí)間控制0.1~0.3s。第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日熱力燃燒用于可燃有機(jī)質(zhì)含量較低的廢氣的凈化處理，廢氣本身不可燃熱力燃燒，是指依靠熱力，即用提高溫度的方法，把廢氣中可燃的有害組分氧化銷(xiāo)毀掉。提高溫度用輔助燃料，輔助燃料燃燒時(shí)會(huì)有火焰。但這不是熱力燃燒本身，而只是供熱過(guò)程。供熱并非一定要有火焰。這里是借用燃燒這個(gè)名詞。第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日熱力燃燒的條件是廢氣分子與氧氣在反應(yīng)溫度下充分接觸一定的時(shí)間。這就是在供氧充分的情況下，熱力燃燒的反應(yīng)溫度、駐留時(shí)間、湍流混合的三個(gè)要素，也就是國(guó)外所稱(chēng)溫度(Temperature)、時(shí)間(Time)、湍流(Turbulence)的“三T條件”?！叭齌條件”具體指出了熱力燃燒的必要條件。湍流混合：就是旁通廢氣與高溫燃?xì)馓幱谳^強(qiáng)的湍流狀態(tài)，使混合能很快地達(dá)到分子混合水平，以便使廢氣中有害組分的分子能得到升溫和氧化第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日

廢氣凈化范圍燃燒爐駐留時(shí)間(秒)反應(yīng)溫度(℃)碳?xì)浠衔?HC銷(xiāo)毀90％以上)碳?xì)浠衔?CO(HC+C0銷(xiāo)毀90％以上)臭味銷(xiāo)毀50～90％銷(xiāo)毀90～99％銷(xiāo)毀99％以上煙和縷煙白煙(霧滴)(縷煙消除)(HC+CO銷(xiāo)毀90％以上)

黑煙(炭粒和可燃粒)

0.3～0.50.3～0.50.3～0.50.3～0.50.3～0.50.3～0.50.3～0.50.7～1.0

590～680680～820540～650590～700650～820430～540680～820760～ll00廢氣燃燒凈化所需的反應(yīng)溫度與駐留時(shí)間列表(P222)第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日以熱力燃燒法銷(xiāo)毀有害氣