第10章 催化轉(zhuǎn)化法法凈化氣體污染物

催化轉(zhuǎn)化：是指廢氣通過催化劑床層的催化反應(yīng)，是其中的污染物轉(zhuǎn)化為無害或易于處理與回收利用物質(zhì)的凈化方法。優(yōu)點(diǎn)：①

對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

操作過程簡化。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。第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物第一節(jié)催化作用和催化劑一、催化作用化學(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)終止時不變的作用稱為催化作用第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物催化反應(yīng)機(jī)理催化作用加快反應(yīng)速度的原理是由于催化劑的參與，改變了原來的反應(yīng)途徑。在無催化劑時，A、B兩種物質(zhì)按照下面的方式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：

A+BAB當(dāng)有催化劑K參與時，反應(yīng)過程發(fā)生了變化，即：

A+KAKAK+BAB+K

由于加入了催化劑，誘發(fā)了原反應(yīng)所沒有的中間反應(yīng)，使化學(xué)反應(yīng)沿著新途徑進(jìn)行，降低了反應(yīng)的活化能，從而大大加快了化學(xué)反應(yīng)速度.第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物催化反應(yīng)分類均相常用液相催化反應(yīng)體系：接觸容易，分離難非均相（多相催化）常用氣固相催化體系：接觸最重要，分七個步驟（對比吸附過程）第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物二.催化劑（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：（1）本身無活性(2)具有提高活性組分活性的作用；

載體：起支撐活性組分的作用，使催化劑具有合適形狀與粒度，從而有大的比表面積，增大催化劑活性，節(jié)約活性組分用量，并有傳熱、稀釋和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度作用，可增加延長催化劑使用壽命。（二）

催化劑的性能主要指：其活性、選擇性和穩(wěn)定性第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物1．活性衡量催化劑效能大小的標(biāo)準(zhǔn)。

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)時間，

h；WR-------催化劑質(zhì)量，

g。

工業(yè)中，常把產(chǎn)品量換算為轉(zhuǎn)化率X表示

第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物2．催化劑的選擇性選擇性是指若化學(xué)反應(yīng)在熱力學(xué)上有幾個反應(yīng)方向時，一種催化劑在一定條件下只對其中的一個反應(yīng)起加速作用的特征，表示為：

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，但反映問題的角度不同。活性--------催化劑對提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用；選擇性-----表示催化劑對提高原料利用率的作用；第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物3．催化劑的穩(wěn)定性

定義：催化劑在化學(xué)反應(yīng)過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。

催化劑的老化：是指催化劑在正常工作條件逐步失去活性過程。催化劑的中毒：是指反應(yīng)物中少量雜質(zhì)使催化活性迅速下降的現(xiàn)象。

第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物第三節(jié)環(huán)境工程中的催化劑及凈化工藝一．催化凈化法的一般工藝催化法治理廢氣的一般工藝過程包括：（1)

廢氣預(yù)處理去除催化劑毒物級固體顆粒物（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。第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物二、凈化氣態(tài)污染物對催化劑的要求

a.高活性：要求催化劑具有去除有害物質(zhì)的極高效率，因?yàn)闅怏w中所含有害物質(zhì)濃度低，只有催化劑的活性很高，才能有效地去除有害物質(zhì)。b.高機(jī)械強(qiáng)度：因要處理的氣體量往往很大，故要求催化劑具有能承受流體沖刷壓力的強(qiáng)度。c.高選擇性：要處理的氣體中往往成分復(fù)雜，因此，要求催化劑有高的選擇性。d.高穩(wěn)定性：被處理的氣體中通常含有催化劑毒物，因此要求催化劑抗毒能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高，壽命長。除此，要求催化劑還要有高的熱穩(wěn)定性和比較寬的溫度范圍。e.其它要求催化劑易于制造、價廉、使用性能好、耐磨、具有較小的壓力降等。第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物三、催化劑的分類金屬元素催化劑（鉑，銀，鈀，鐵，銅）化合物為主要活性物質(zhì)（氧化物，硫化物）第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物固定床反應(yīng)器最主要的氣固相催化反應(yīng)器優(yōu)點(diǎn):流體接近于平推流，返混小，反應(yīng)速度較快固定床中催化劑不易磨損，可長期使用停留時間可嚴(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)行第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物固定床反應(yīng)器單層絕熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，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)小的場合第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物固定床反應(yīng)器多段絕熱反應(yīng)器相鄰兩段之間引入熱交換(a)間接換熱(b)直接換熱第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物固定床反應(yīng)器列管式反應(yīng)器用于對反應(yīng)溫度要求高，或反應(yīng)熱效應(yīng)很大的場合其他反應(yīng)器徑向反應(yīng)器薄層床反應(yīng)器自熱式反應(yīng)器第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物反應(yīng)器類型的選擇根據(jù)反應(yīng)熱的大小和對溫度的要求，選擇反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型盡量降低反應(yīng)器阻力反應(yīng)器應(yīng)易于操作，安全可靠結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物環(huán)境工程中使用的催化劑有害物排放濃度要求很低，催化反應(yīng)要有極高效率處理氣體量大，催化劑活性要求高，耐沖刷、壓力降低，強(qiáng)度高抗毒性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高，很好的選擇性設(shè)備簡單，占地少，催化劑便于恢復(fù)再生，無二次污染第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物氣體催化凈化方法第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物催化還原法脫氮汽車尾氣凈化脫臭催化法去除高濃度SO2廢氣第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物氮氧化合物的去除氮氧化合物的來源與危害脫氮：催化還原法液體吸收法吸附法第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物非選擇性催化還原法（NSCR）脫氮H2+NO2—→H2O+NO2H2+O2—→2H2O2H2+2NO—→2H2O+N2CH4+4NO2—→4NO+CO2+2H2OCH4+2O2—→CO2+2H2OCH4+4NO—→CO2+2N2+2H2OCO+NO2—→CO2+NO2CO+O2—→2CO22CO+2NO—→2CO2+N2第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物非選擇性催化還原法（NSCR）脫氮催化劑Pt，Pd載體：氧化鋁影響因素活性空間速度反應(yīng)溫度還原劑用量第十章催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物非選擇性催化還原法（NSCR）脫氮流程圖

選擇性催化還原法（SCR）脫氮選擇性催化還原法脫氮過程中的主要反應(yīng)有：4NH3+6NO—→5N2+6H2O

8NH3+6NO2—→7N2+12H2O

實(shí)際中還會有副反應(yīng)發(fā)生：4NH3+3O2—→2N2+6H2O2NH3—→N2+3H2

4NH3+5O2—→4NO+6H2O選擇性催化還原法（SCR）脫氮催化劑非貴金屬：Cu，F(xiàn)e，V，Cr，Mn等影響因素催化劑活性反應(yīng)溫度空速影響還原劑用量前處理：除塵，除硫，干燥，預(yù)熱選擇性催化還原法（SCR）脫氮流程圖

汽車尾氣的催化凈化催化還原反應(yīng)：CO和CH的氧化汽車尾氣的催化凈化催化劑要求

催化劑的性能必須適于在內(nèi)燃機(jī)旁安裝，要求催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小等；催化劑的性能必須適應(yīng)于經(jīng)常、大幅度地氣體流量、組成和溫度的變化；催化劑必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以防由于汽車行駛的振動和溫度的急劇變化而破碎，致使催化劑的活性降低和堵塞管路；汽車尾氣的催化凈化催化劑要求

催化劑的活性在高溫（800~1000℃）和在低溫（150~200℃）下都比較高，用量要小，可以便于安裝；催化劑必須具有合適的孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒結(jié)構(gòu)，以使尾氣流過的阻力最?。幌Ｍ呋髟诔ノ矚庵械臒N類和一氧化碳時，也能除去氧化氮汽車尾氣的催化凈化轉(zhuǎn)化器汽車尾氣的催化凈化兩段串聯(lián)的汽車排氣凈化流程汽車尾氣的催化凈化三效催化劑 將烴類、一氧化碳和NOX同時進(jìn)行氧化和還原的催化劑。

還原性：Rh（銠）氧化性：Pt（鉑），Pd（鈀）載體：氧化鋁助催化劑：Ba（鋇），La（鑭）惡臭氣體的去除惡臭氣體的來源與組成惡臭氣體的危害惡臭氣體的去除吸附法直接燃燒法催化轉(zhuǎn)化法電子除臭法化學(xué)噴劑臭氧氧化生物法催化燃燒法脫臭干法催化氧化SO2氣固相催化法多用于處理硫酸生產(chǎn)尾氣和有色金屬煙氣制酸（高濃度SO2，含量大于2％）催化劑V2O5（五氧化二釩）反應(yīng)溫度400～600℃煙氣進(jìn)入前必須除塵（濕法和干法）、除砷和氟干式催化氧化法脫硫系統(tǒng)流程圖