催化法燃燒法

關于催化法燃燒法第1頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三優(yōu)點：①對不同濃度的污染物具有很高轉化率；②污染物與主氣流不需要分離，避免了可能產生的第二次污染；③操作過程簡化。缺點：催化劑較貴，且廢氣預熱需耗一定能量，這樣使凈化處理的費用增加。第2頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三催化作用１．概念：化學反應速度因加入某種物質而改變，而被加入物質的數(shù)量和性質，在反應終止時不變的作用稱為催化作用。該物質就是催化劑，也叫觸媒。２．機理：通過加入催化劑，改變了反應歷程，降低了反應物活化能，從而達到加快反應速度的目的。3.兩個顯著的特征：1）催化劑能加速反應速度（正、逆）而不能使平衡移動；2）催化作用具有特殊的選擇性。第3頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三例如反應A+B→C是通過中間活性結合物(AB)過渡而成的，即：A+B→[AB]→C

其反應速度較慢。當加入催化劑K后，反應從一條很容易進行的途徑實現(xiàn)：A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K

中間不再需要[AB]向C的過渡，從而加快了反應速度，而催化劑并未改變性質。第4頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三催化劑加速化學反應，而本身的化學組成在反應前后保持不變的物質（一）組成主活性組分：催化劑主體，可單獨作為催化劑；助催化劑：添加劑，單獨使用沒有活性，與活性組分共存時能顯著增強催化劑的催化活性。例如：SO2氧化為SO3時，在所用的V2O5催化劑中加入K2SO4，V2O5的催化活性大大提高。載體：用來承載活性物質和助催化劑。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5頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三（二）

催化劑的性能主要指：其活性、選擇性和穩(wěn)定性第6頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三1．活性衡量催化劑效能大小的標準。工業(yè)上，催化劑的活性常用單位時間內單位體積（或質量）催化劑在一定條件（溫度、壓力、空速和反應物質濃度）下，所得的產品量來表示。公式表示為：式中：A--------催化劑活性，kg/(h.g)；W--------產品質量，kg；t----------反應時間，h；WR-------催化劑質量，g。

第7頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三2．選擇性如果化學反應可能同時向幾個平行方向發(fā)生，催化劑只對其中的某—個反應起加速作用?；钚耘c選擇性是催化劑本身最基本的性能指標，是選擇和控制反應參數(shù)的基本依據(jù)，二者均可度量催化劑加速化學反應速度的效果，但反映問題的角度不同?；钚?----催化劑對提高產品產量的作用；選擇性---表示催化劑對提高原料利用率的作用第8頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三3．穩(wěn)定性定義：催化劑在化學反應過程中保持活性的能力包括：（1）熱穩(wěn)定性；（2）機械穩(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9頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三老化：催化劑在正常工作條件逐步失去活性過程。催化劑的老化主要是由于熱穩(wěn)定性與機械穩(wěn)定性決定的，例如低熔點活性組分的流失或升華，會大大降低催化劑的活性。機械性粉末被氣流帶走。也會加速催化劑的老化工作溫度對催化劑的老化影響很大，溫度選擇和控制不好，會使催化劑半熔或燒結，從而導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10頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三中毒：在催化劑使用過程中，由于體系中存在少量的雜質，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稱之為催化劑毒物，如HCN、CO、H2S、Hg、Pb等。第11頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三環(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度。被處理氣體或液體中通常含粉塵、重金屬等，催化劑應有較高的抗毒性、化學穩(wěn)定性和好的選擇性。第12頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三氣固催化反應過程氣固催化反應一般經歷五個步驟：①外擴散過程：反應物從氣相主體到催化劑外表面；②內擴散過程：催化劑外表面到微孔內顆粒內表面吸附反應；③化學動力學控制過程：顆粒內表面吸附反應產物離開內表面；④內擴散：產物微孔到外表面；⑤外擴散：外表面到氣相主體主氣流微孔固相催化劑粒子示意圖第13頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三吸附過程：反應物在催化劑表面上被吸附；表面過程：吸附的反應物在催化劑表面上發(fā)生化學反應（表面反應過程）；脫附過程：反應產物從催化劑表面上脫附下來。第14頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三催化法治理廢氣的一般工藝過程包括：（1)廢氣預處理去除催化劑毒物及固體顆粒物（避免催化劑中毒）；（2)廢氣預熱到要求的反應溫度（如選擇性催化還原去除NOX廢氣的預熱溫度須達200-220OC以上）；（3）催化反應；（4）廢熱和副產品的回收利用等。催化轉化工藝和設備第15頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三催化反應器中小型設備采用固定床反應器是最主要的氣固相催化反應器間歇式操作。大型設備為流化床反應器連續(xù)式操作。第16頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三固定床反應器優(yōu)點:反應速度較快催化劑用量較少固定床中催化劑不易磨損，可長期使用操作方便(停留時間可嚴格控制，溫度分布可適當調節(jié)，高選擇性和轉化率)缺點:傳熱差(熱效應大的反應，傳熱和溫控是難點)催化劑更換需停產進行第17頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三單段絕熱反應器固定床反應器工藝過程：氣體從圓筒上部通入，經過預分布裝置，均勻通過催化劑層，反應后氣體經下部引出。單層絕熱反應器結構簡單，造價低廉，氣流阻力小內部溫度分布不均用于化學反應熱效應小的場合第18頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三多段絕熱反應器相鄰兩段之間引入熱交換特點：段間設置換熱器：可調節(jié)溫度；也使氣體再分布；可用于中等熱效應的反應。(a)間接換熱(b)直接換熱第19頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三軸向徑向固定床反應器第20頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三列管式反應器其結構與管式換熱器相似管內裝催化劑，管間通載熱體用于對反應溫度要求高，或反應熱效應很大的場合第21頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三流化床催化反應器

流化床反應器是利用氣體自下而上通過團體顆粒層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態(tài)，并進行氣團相反應的裝置。①自由床流化床內除分布板外，沒有其它構件。床中催化劑被反應氣體密相流化。它適用于熱效應不大的一些反應第22頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三②附內構件床床內設有換熱管式擋板，這是流化床應用最廣泛的一種形式。這些構件既可用于換熱，又可限制氣泡增大和減少物料返混，適用于熱效應大的反應和溫度控制范圍較狹窄的場合。第23頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三③雙體流化床它由反應器和再生器兩部分組成。反應器內進行催化反應，再生器內使催化劑恢復活性。第24頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三催化轉化法的應用實例（自學）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廢氣汽車尾氣的催化凈化第25頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三燃燒法燃燒法是通過氧化作用，將廢氣中的可燃有害組分轉化為無害、或易于處理和回收的物質的方法。其化學作用主要是燃燒氧化、個別情況下是熱分解第26頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三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，可以廣泛地應用于有機溶劑蒸氣及碳氫化合物的凈化處理。有害物質在燃燒氧化過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27頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三燃燒法分類（一）直接燃燒法將廢氣用明火直接點燃，在爐內或露天燃燒。特點是有火焰燃燒，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、有機蒸氣廢氣?？稍凇愕臓t窯中直接燃燒并回收熱能。第28頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三“火炬”燃燒——將廢氣通入煙筒，在煙筒末端進行燃燒。燃燒徹底條件：氣流混合良好；藍色火焰說明操作良好；黃橙色的火焰并拖著一條黑煙尾巴，說明操作不良。氫碳比≥0.33。碳氫化合物中H／C重量比愈低，愈容易產煙，H／C≥0.33的，易燃燒無煙。H／C低時，可射入水蒸氣于燃點溫度，有助于消除不完全反應?；鹁嫒紵鞯?9頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三火炬燃燒的優(yōu)點缺點安全、簡單、成本低不能回收熱能火炬易受天氣影響，特別是大風時可使某些未燒掉的燃料氣擴散。第30頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三含烴類廢氣的直接燃燒（火炬燃燒）烴類物質大都不易溶于水，但在高溫下易氧化燃燒，完全氧化時生成CO2和H2O。含烴類廢氣主要來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，污染環(huán)境，損害工人身體健康。這些蒸氣濃度較高時，可以采用直接燃燒法處理。第31頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三圖為直接燃燒法凈化烘漆廢氣的流程。燃燒爐設在大型烘箱內，含有機溶劑的蒸氣被風機從烘箱頂部抽出后，送入燃燒爐在800℃下燃燒。燃燒氣體與烘箱內氣體通過熱交換器換熱后排空。該法凈化效率可達99.8%。第32頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三（二）熱力燃燒1．定義：利用燃料燃燒產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．燃燒過程：（1）燃料輔助燃燒提供預熱能量；（2）高溫燃氣與廢氣混和以達到反應溫度（3）廢氣在反應溫度下達到充分燃燒。3．燃燒條件：溫度、停留時間、湍流。大部分CH，燃燒溫度700~800℃，停留時間控制0.1~0.3s。第33頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三熱力燃燒用于可燃有機質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毀掉。提高溫度用輔助燃料，輔助燃料燃燒時會有火焰。但這不是熱力燃燒本身，而只是供熱過程。供熱并非一定要有火焰。這里是借用燃燒這個名詞。第34頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三熱力燃燒的條件是廢氣分子與氧氣在反應溫度下充分接觸一定的時間。這就是在供氧充分的情況下，熱力燃燒的反應溫度、駐留時間、湍流混合的三個要素，也就是國外所稱溫度(Temperature)、時間(Time)、湍流(Turbulence)的“三T條件”。“三T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氣處于較強的湍流狀態(tài)，使混合能很快地達到分子混合水平，以便使廢氣中有害組分的分子能得到升溫和氧化第35頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三

廢氣凈化范圍燃燒爐駐留時間(秒)反應溫度(℃)碳氫化合物(HC銷毀90％以上)碳氫化合物+CO(HC+C0銷毀90％以上)臭味銷毀50～90％銷毀90～99％銷毀99％以上煙和縷煙白煙(霧滴)(縷煙消除)(HC+CO銷毀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溫度與駐留時間列表(P222)第36頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三以熱力燃燒法銷毀有害氣體，化合物不同則難易也不同。大部分碳氫化合物在590～650℃溫度以上很快就銷毀了。而甲烷、溶纖劑和甲苯、二甲苯等可能因分子結構較穩(wěn)定，需要760℃和十分之幾秒的時間用熱力燃燒法來銷毀廢氣中的可燃有毒組分，需要消耗輔助燃料，增加運行成本。第37頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三燃燒爐分類1）配焰燃燒爐輔助燃料在配焰燃燒器中形成許多小火焰；廢氣圍繞小火焰進入燃燒室，廢氣與火餡充分接觸；能夠迅速均勻混合，燃燒完全。第38頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三2）離焰燃燒爐輔助燃料先燃燒后混合廢氣，火焰較大較長，易于控制，結構簡單，但混合較慢。第39頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三（三）催化燃燒