大气污染控制工程答辩课件

催化法进化气态污染物催化法进化气态污染物内容第一节催化作用和催化剂第二节气固相催化反应过程及速率方程第三节催化反应器及其设计第四节影响催化转化的因素第五节催化转化法的应用内容第一节催化作用和催化剂第一节催化作用和催化剂催化作用催化剂第一节催化作用和催化剂催化作用一、催化作用催化剂：能够加速化学反应速率或改变化学反应方向，本身的

化学性质和数量在反应前后不变。催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。一、催化作用催化剂：能够加速化学反应速率或改变化学反应方向，阿罗尼乌斯方程k=k0ecp（-E/RT）k——反应速率常数k0——频率因子E——活化能，J/molR——气体常数，8.314J/（mol•K）T——反应温度，K反应速率是最活化能的降低呈指数规律加快的。阿罗尼乌斯方程反应途径催化剂的加入使化学反应沿新的途径进行。反应途径催化剂的加入使化学反应沿新的途径进行。催化剂的作用能加快化学反应速率只能缩短反应达到平衡的时间催化剂具有特殊的选择性催化剂的作用能加快化学反应速率

催化剂组成：

主活性物质载体助催化剂二、催化剂催化剂组成：二、催化剂催化剂的性能剂催化性能的指标主要有：活性选择性稳定性催化剂的性能剂催化性能的指标主要有：催化剂中毒的本质？引起催化剂中毒的化学本质是由于活性组分对毒物有更强的亲和力1）暂时性中毒，亲和力较弱，通过水蒸气就可以将毒物驱离催化剂表面，使其恢复活性。2）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离。催化剂中毒的本质？引起催化剂中毒的化学本质是由于活性组分对毒根据污染气体的成分和确定的化学反应来选择恰当的催化剂。催化剂要求：（1）有很好的活性和选择性（2）足够的机械强度（3）良好的热稳定性和化学稳定性（4）还要考虑其经济性。催化净化法选用催化剂的原则：根据污染气体的成分和确定的化学反应来选择恰当的催化剂。催化净

常用的几种废气净化催化剂的组成常用的几种废气净化催化剂的组成气固相催化反应过程

气固相催化反应动力学总反应速率方程式第二节气固相催化反应过程及速率方程第二节气固相催化反应过程及速率方程

一、气固相催化反应过程

主气流微孔固相催化剂粒子示意图气固催化反应过程(1)反应物从气流主体-催化剂外表面(2)进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的表面上被吸附(4)吸附的反应物转为为生成物(5)生成物从催化剂表面脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外表面扩散(7)生成物从外表面扩散到气流主体

反应过程的主要推动力是反应组分的浓度差。

一、气固相催化反应过程

主气流微孔固相催化剂粒子示意（1）化学动力学控制

（2）内扩散控制（3）外扩散控制催化反应过程催化反应过程催化剂反应动力学催化剂反应动力学（一）本征速率方程一般反应：aA+bB==lL+mM其速率幂指数形式通式：

二、气固相催化反应动力学

（一）本征速率方程

二、气固相催化反应动力学

（二）宏观速率方程宏观反应速率与本征反应的速率关系：式中：rA——A组分的本征反应速率，mol/（s•m3）RA——A组分的宏观反应速率，mol/（s•m3）Vs——催化剂颗粒的体积，m3

（二）宏观速率方程宏观反应速率与本征反应的速率关系：式中

1.物料衡算整理后得：边界条件：r=0，dcA/dr=0；r=R，cA=cAS

1.物料衡算整理后得：边界条件：r=0，dcA/dr=0

2.热量衡算

2.热量衡算

3.宏观速率方程其中：

3.宏观速率方程其中：三、总反应速率方程传质过程速率方程式中：kG——气象传质系数总反应速率式：三、总反应速率方程传质过程速率方程式中：kG——气象传质系数三中控制过程反应速率：表面化学反应过程控制：内扩散过程控制：外扩散过程控制：三中控制过程反应速率：表面化学反应过程控制：三、催化反应器及其设计一、固定床催化反应器的分类及选择1、绝热式固定床反应器2、列管式反应器3、多段绝热式反应器三、催化反应器及其设计一、固定床催化反应器的分类及选择1、绝绝热式绝热式3、多段绝热式反应器3、多段绝热式反应器（二）固定床反应器的设计计算

（一）设计基础

1、空间速率与接触时间

2、转化率（二）催化剂装量的计算1、数学模型法2、经验计算法（二）固定床反应器的设计计算（一）设计基础转化率Nao

组分A初始流量

NA

组分A瞬时流量

微分得转化率Nao组分A初始流量微分得在流动体系中，组分A的反应速率可用单位催化剂中该组分摩尔流量的减分表示：AR：催化剂表面积MR：催化剂质量在流动体系中，组分A的反应速率可用单位催化剂中该组分摩尔（二）催化剂装量的计算数学模型法数学模型法，首先是通过对固定床反应器内流体与颗粒的行为进行合理简化，提出一种物理模型，然后再根据化学反应原理，结合动量传递、热量传递、质量传递对物理模型进行数学描述，最后对数学模型求解以得到所需要的结果（二）催化剂装量的计算数学模型法数学模型法，首先是通微元内进行物料衡算：微元内进行物料衡算：ρG：废气密度At

：S床层横截面积V：S空塔速度ρG：废气密度经验计算法经验计算法是采用实验室，中间实验装置及其现有装置中测得的一些最佳条件作为设计依据来进行气固催化反应器计算的一种方法经验计算法经验计算法是采用实验室，中间实验装置三、固定床压降的计算三、固定床压降的计算第四节影响催化转化的因素一、温度二、空速三、操作压力四、废气的初始组成第四节影响催化转化的因素一、温度一、温度一、温度二、空速

在一定范围内，空速增加可以提高单位体积催化剂床层的气体处理能力，而反应率降低不大，因此，催化反应一般在保证要求的反映允许床层压降的条件下，在选择空速还应保证，对上流式固定床操作，不能使床层冲起二、空速在一定范围内，空速增加可以提高单位体积催化剂床层三、操作压力

加压一般能加速催化反应，减少设备体积，但因催化净化处理的是工厂排放的废气，故回收价值不大，一般将废气的排放压力作为操作压力三、操作压力加压一般能加速催化反应，减少设备体积，但因催化四、废气的初始组成废气的初始组成直接影响反应速率，催化剂用量，平衡转化率，不同的催化净化过程，理想的初始组成也不相同。另外，废气中少量的催化剂毒性会影响催化剂活性，因此一般要求对废气进行预处理，以除去这些少量毒物。四、废气的初始组成废气的初始组成直接影响反应速率，催化剂用五、催化转化法的应用催化还原法（SCR&SNCR）氧化吸收

烟气中的Nox组成

：NO（95%）、NO2（5%）

NO难溶于水，所以对NO的吸收可以采用氧化吸收。五、催化转化法的应用氧化吸收法电晕氧化NONO2（N2O3、N2O5）

生成的高价氮氧化物可以进行碱吸收

臭氧氧化也属于此类

可以进行一体化脱除，同时除去SO2

缺点是耗能较大氧化吸收法氧化吸收法催化氧化吸收NONO2

吸收

使用催化剂，如CuO等

可同时氧化Hg0Hg2+

实现一体化脱除Hg和SO2

缺点是受催化剂性能影响较大，催化剂易堵氧化吸收法氧化吸收法化学氧化

H2O2、KMnO4、NaClO、NaClO2等NONO2

工艺简单

吸收不容易氧化吸收法催化还原法

非选择性催化还原法催化还原法SCR

选择性催化还原法SNCRNO、NO2N2还原剂：氢气、甲烷、尿素、NH3等衍生还原剂：生物质气化气、煤气、沼气、氨水等

催化还原法非选择选择性催化还原法SCR使用催化剂炉外（烟道内）低温反应最现实但是反应使有用的NH3变成了无用的N2运行成本受催化剂效率和寿命的影响很大，要预防催化剂中毒事故选择性催化还原法SCR选择性非催化还原法SNCR不使用催化剂炉内高温反应反应将有用的NH3变成了无用的N2，造成了浪费选择性非催化还原法SNCR还原法的缺点是将有用的变成了无用的，造成了资源的浪费如果采用碳系还原剂可以利用它产生的热量还原法的缺点是将有用的变成了无用的，造成了资源的浪费催化法净化含SO2的烟气催化转化法去除SO2主要有催化氧化和催化还原两大类催化氧化又分为液相催化氧化和气相催化氧化液相催化氧化Fe3+2SO2+O2+2H2O2H2SO4

日本的千代田法烟气脱硫就是利用这一原理开发出来的

该法工艺流程简单，转化率也较高，并且能制的石膏

但是生产的硫酸对设备的腐蚀较大催化法净化含SO2的烟气汽车尾气的催化净化汽车尾气中