第7章催化法净化气态污染物.pptx
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大气污染控制工程
第七章 催化法净化气态污染物
第七章 催化法净化气态污染物
催化法特点：
催化法是利用催化剂在化学反应中的催化作用，将废 气中有害的污染物转化成无害的物质，或转化成更易处 理或回收利用的物质的方法。 化学反应发生在气流与催化剂接触过程中，反应物和 产物无需与主气流分离，使操作过程大为简化，对不同 浓度的污染物均具有较高的去除率。 对废气组成有较高要求，不能有过多不参加反应的颗 粒物质或使催化剂性能降低、寿命缩短的物质。
第一节 催化作用与催化剂
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 ，而其本身的化学性质和数量在反应前后没有改变的 物质。 催化作用：催化剂在化学反应过程中所起的加速作用 均相催化：催化剂和反应物处于同一相 多相催化：催化剂与反应物处在不同相
对于气态污染物的催化净化而言，催化剂通常是 固体，因而属于气固相催化反应。
二、选择性催化还原法（SCR）
1、工艺原理
在催化剂作用下，向温度为280 ℃ ~420℃的烟气喷入氨，将 NO还原成N2和H2O
一、催化作用
催化作用机理 阿累尼乌斯方程：
k=k0exp(-E/RT) 反应速率是随活化能
的降低呈指数规律加快的 ，催化剂加速反应速率正 是通过降低活化能来实现
的 对反应A+B C
反应途径
二、催化剂
催化剂的组成
➢ 主活性物质可以单独对反应产生催化作用，一般发生在 主活性物质的表面20～30nm内。
烟气脱硝技术
国家环保总局2004年经修改后发布的火电厂大气污染 排放标准(GB13223—2004)对火电厂NOx的排放已做出 限制规定 明确提出新建火电站除满足现行排放标准外 还须预留烟气脱除氮氧化物装置的空间。 相应的排污费征收标准管理办法从2004年7月1日起执 行，每当量氮氧化物征收排污费0.6元(原来是不收)
烟气脱硫的催化氧化流程
二、催化还原法净化含NOx废气
烟气脱硝技术 脱硝技术的难点
➢ 处理烟气体积大 ➢ NOx浓度相当低 ➢ NOx的总量相对较大
烟气脱硝技术
大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人类 生存的四大杀手； 燃煤烟气中所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是 造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源； 我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目， 但烟气脱硝还未大 规模开展； 资料表明：如果不继续加强对烟气中氮氧化物的Baidu Nhomakorabea理，氮氧 化物的总量及其在大气污染物中所占的比重都将上升，并有可 能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
Ni
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
助催化剂 K2O或Na2O
Pt0.01%～0.015%
第二节 催化转化法的应用
催化法净化含SO2的废气 汽车尾气的催化净化 催化还原法净化含NOx废气 石油炼厂的H2S尾气的催化氧化处理回收
一、催化法净化含SO2的废气
➢ 载体通常是惰性物质，它具有两种作用：一是提供大的 比表面积，节约主活性物质，提高催化剂的活性；二是 增强催化剂的机械强度、热稳定性及导热性，延长催化 剂的寿命。
➢ 助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化 剂的某些性能。
二、催化剂
催化剂的性能：活性、选择性和稳定性 活性是指催化剂加速化学反应速率的能力，通常用单位
•催化转化法去除SO2主要有催化氧化和催化还原两大类； •催化还原是用CO或H2S作还原剂，在催化剂的作用下将 SO2转化成单质硫； •催化氧化又分为液相催化氧化和气相催化氧化。 •液相催化氧化法是利用溶液中的铁或者锰等金属离子， 将SO2直接氧化成硫酸，即：
2SO2 O2 2H2O Fe3 2H2SO4
时间内单位体积（或质量）催化剂在动力学范围内指定 的反应条件下所得到的产品数量来表示。 催化剂的选择性是指在几个平行反应中对某个特定反应 的加速能力，常用反应得到的目的产物量与反应物质反 应了的量之比来表示。 催化剂的稳定性是指在催化反应过程中催化剂保持活性 的能力，它包括热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性三 方面，通常用寿命来表示。
烟气脱硝技术
废气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法 选择性催化还原法（Selective catalytic reduction, SCR） 选择性非催化还原法（Selective non-catalytic reduction, SNCR）
SCR的发明权属于美国，日本率先于20世纪70年代实现商业化应用 日本93%以上废气脱硝采用SCR，运行装置超过300套； 德国20世纪80年代引进，并规定发电量50MW以上的电厂都配备SCR； 台湾有100套以上的SCR装置在运行； 大庆石化、川化集团、北京燕山石化、福建漳州电厂也引进SCR装置
一、催化法净化含SO2的废气
日本的千代田法烟气脱硫就是利用这一原理开发 出来的。该法将SO2氧化成稀硫酸后，可再与石灰石反 应制成销路较好的副产品——石膏。
千代田法工艺流程图
1一吸收塔； 2一氧化塔；3一储槽； 4—结晶槽； 5—离心机； 6—增稠器；7—母液槽
一、催化法净化含SO2的废气
气相催化氧化法是在接触法制硫酸工艺的基础上发 展起来的，其关键反应是用V2O5作催化剂将SO2氧化SO3。 该法处理含高浓度SO2的烟气，如有色冶炼烟气，已比较 成熟。
CuO、Cr2O3、Mn2O3和稀土类氧 化物
SiO2 Ni、NiO
Al2O3
苯、甲苯氧化为 CO2和H2O
汽车排气中HC和 CO的氧化
Pt、Pd等
CuO、Cr2O3、MnO2 V2O5 4%～7% CuO 3%～7%
Ni或Al2O3 Al2O3
Al2O3-SiO2
NO x
还原为N2
Pt 或Pd 0.5% CuCrO2
二、催化剂
催化净化法选用催化剂的原则： （1）根据污染气体的成分和确定的化学反应选择恰当的催 化剂； （2）催化剂要有很好的活性、选择性、稳定性； （3）选择催化剂还要考虑其经济性。
二、催化剂
常用的几种废气净化剂的组成
用途
主要活性物质
载体
SO2氧化成SO3
HC和CO氧化为CO2 和H2O
V2O5 6%～12% Pt、Pd、Rh
第七章 催化法净化气态污染物
第七章 催化法净化气态污染物
催化法特点：
催化法是利用催化剂在化学反应中的催化作用，将废 气中有害的污染物转化成无害的物质，或转化成更易处 理或回收利用的物质的方法。 化学反应发生在气流与催化剂接触过程中，反应物和 产物无需与主气流分离，使操作过程大为简化，对不同 浓度的污染物均具有较高的去除率。 对废气组成有较高要求，不能有过多不参加反应的颗 粒物质或使催化剂性能降低、寿命缩短的物质。
第一节 催化作用与催化剂
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 ，而其本身的化学性质和数量在反应前后没有改变的 物质。 催化作用：催化剂在化学反应过程中所起的加速作用 均相催化：催化剂和反应物处于同一相 多相催化：催化剂与反应物处在不同相
对于气态污染物的催化净化而言，催化剂通常是 固体，因而属于气固相催化反应。
二、选择性催化还原法（SCR）
1、工艺原理
在催化剂作用下，向温度为280 ℃ ~420℃的烟气喷入氨，将 NO还原成N2和H2O
一、催化作用
催化作用机理 阿累尼乌斯方程：
k=k0exp(-E/RT) 反应速率是随活化能
的降低呈指数规律加快的 ，催化剂加速反应速率正 是通过降低活化能来实现
的 对反应A+B C
反应途径
二、催化剂
催化剂的组成
➢ 主活性物质可以单独对反应产生催化作用，一般发生在 主活性物质的表面20～30nm内。
烟气脱硝技术
国家环保总局2004年经修改后发布的火电厂大气污染 排放标准(GB13223—2004)对火电厂NOx的排放已做出 限制规定 明确提出新建火电站除满足现行排放标准外 还须预留烟气脱除氮氧化物装置的空间。 相应的排污费征收标准管理办法从2004年7月1日起执 行，每当量氮氧化物征收排污费0.6元(原来是不收)
烟气脱硫的催化氧化流程
二、催化还原法净化含NOx废气
烟气脱硝技术 脱硝技术的难点
➢ 处理烟气体积大 ➢ NOx浓度相当低 ➢ NOx的总量相对较大
烟气脱硝技术
大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人类 生存的四大杀手； 燃煤烟气中所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是 造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源； 我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目， 但烟气脱硝还未大 规模开展； 资料表明：如果不继续加强对烟气中氮氧化物的Baidu Nhomakorabea理，氮氧 化物的总量及其在大气污染物中所占的比重都将上升，并有可 能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
Ni
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
助催化剂 K2O或Na2O
Pt0.01%～0.015%
第二节 催化转化法的应用
催化法净化含SO2的废气 汽车尾气的催化净化 催化还原法净化含NOx废气 石油炼厂的H2S尾气的催化氧化处理回收
一、催化法净化含SO2的废气
➢ 载体通常是惰性物质，它具有两种作用：一是提供大的 比表面积，节约主活性物质，提高催化剂的活性；二是 增强催化剂的机械强度、热稳定性及导热性，延长催化 剂的寿命。
➢ 助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化 剂的某些性能。
二、催化剂
催化剂的性能：活性、选择性和稳定性 活性是指催化剂加速化学反应速率的能力，通常用单位
•催化转化法去除SO2主要有催化氧化和催化还原两大类； •催化还原是用CO或H2S作还原剂，在催化剂的作用下将 SO2转化成单质硫； •催化氧化又分为液相催化氧化和气相催化氧化。 •液相催化氧化法是利用溶液中的铁或者锰等金属离子， 将SO2直接氧化成硫酸，即：
2SO2 O2 2H2O Fe3 2H2SO4
时间内单位体积（或质量）催化剂在动力学范围内指定 的反应条件下所得到的产品数量来表示。 催化剂的选择性是指在几个平行反应中对某个特定反应 的加速能力，常用反应得到的目的产物量与反应物质反 应了的量之比来表示。 催化剂的稳定性是指在催化反应过程中催化剂保持活性 的能力，它包括热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性三 方面，通常用寿命来表示。
烟气脱硝技术
废气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法 选择性催化还原法（Selective catalytic reduction, SCR） 选择性非催化还原法（Selective non-catalytic reduction, SNCR）
SCR的发明权属于美国，日本率先于20世纪70年代实现商业化应用 日本93%以上废气脱硝采用SCR，运行装置超过300套； 德国20世纪80年代引进，并规定发电量50MW以上的电厂都配备SCR； 台湾有100套以上的SCR装置在运行； 大庆石化、川化集团、北京燕山石化、福建漳州电厂也引进SCR装置
一、催化法净化含SO2的废气
日本的千代田法烟气脱硫就是利用这一原理开发 出来的。该法将SO2氧化成稀硫酸后，可再与石灰石反 应制成销路较好的副产品——石膏。
千代田法工艺流程图
1一吸收塔； 2一氧化塔；3一储槽； 4—结晶槽； 5—离心机； 6—增稠器；7—母液槽
一、催化法净化含SO2的废气
气相催化氧化法是在接触法制硫酸工艺的基础上发 展起来的，其关键反应是用V2O5作催化剂将SO2氧化SO3。 该法处理含高浓度SO2的烟气，如有色冶炼烟气，已比较 成熟。
CuO、Cr2O3、Mn2O3和稀土类氧 化物
SiO2 Ni、NiO
Al2O3
苯、甲苯氧化为 CO2和H2O
汽车排气中HC和 CO的氧化
Pt、Pd等
CuO、Cr2O3、MnO2 V2O5 4%～7% CuO 3%～7%
Ni或Al2O3 Al2O3
Al2O3-SiO2
NO x
还原为N2
Pt 或Pd 0.5% CuCrO2
二、催化剂
催化净化法选用催化剂的原则： （1）根据污染气体的成分和确定的化学反应选择恰当的催 化剂； （2）催化剂要有很好的活性、选择性、稳定性； （3）选择催化剂还要考虑其经济性。
二、催化剂
常用的几种废气净化剂的组成
用途
主要活性物质
载体
SO2氧化成SO3
HC和CO氧化为CO2 和H2O
V2O5 6%～12% Pt、Pd、Rh