第10章催化转化法法净化气体污染物分析解析

二.催化剂
第十章 催化转化法净化气态污染物
1．活性
• 衡量催化剂效能大小的标准。 • 公式表示为： ABaidu Nhomakorabea W
t WR
• • • • • •
式中：A--------催化剂活性， kg/(h.g)； W--------产品质量， kg； t----------反应时间， h； WR-------催化剂质量， g。 工业中，常把产品量换算为转化率X表示
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三、催化剂的分类
• 金属元素催化剂（铂，银，钯，铁，铜） • 化合物为主要活性物质（氧化物，硫化物）
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固定床反应器
• 最主要的气固相催化反应器
–优点:
• 流体接近于平推流，返混小，反应速度较快
• 固定床中催化剂不易磨损，可长期使用
• 停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率
反应物反应了的摩尔数 X 100% 通过催化剂床层的反应 物摩尔数
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2．催化剂的选择性
• 选择性是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时， 一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作 用的特征，表示为： 反应所得目的产物摩尔 数 •
B 通过催化剂床层后反应 的反应物摩尔数 100%
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二、净化气态污染物对催化剂的要求
a. 高活性：要求催化剂具有去除有害物质的极高效率， 因为气体中所含有害物质浓度低，只有催化剂的活性 很高，才能有效地去除有害物质。 b. 高机械强度：因要处理的气体量往往很大，故要求催 化剂具有能承受流体冲刷压力的强度。 c. 高选择性：要处理的气体中往往成分复杂，因此，要 求催化剂有高的选择性。 d. 高稳定性：被处理的气体中通常含有催化剂毒物，因 此要求催化剂抗毒能力强，化学稳定性高，寿命长。 除此，要求催化剂还要有高的热稳定性和比较宽的温 度范围。 e.其它 要求催化剂易于制造、价廉、使用性能好、耐磨、具 有较小的压力降等。
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第三节 环境工程中的催化剂及净化工艺
一．催化净化法的一般工艺 • 催化法治理废气的一般工艺过程包括： • （1) 废气预处理去除催化剂毒物级固体颗粒物（避 免催化剂中毒）； • （2) 废气预热到要求的反应温度（如选择性催化还 原去除NOX废气的预热温度须达200~220OC以上）； • （3）催化反应； • （4）废热和副产品的回收利用等。
– 缺点:
• 传热差(热效应大的反应，传热和温控是难点) • 催化剂更换需停产进行
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固定床反应器
• 单层绝热反应器
– 结构简单，造价低廉，气流阻 力小 – 内部温度分布不均 – 用于化学反应热效应小的场合
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固定床反应器
• 多段绝热反应器
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第一节 催化作用和催化剂
一、催化作用 化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质的 数量和性质，在反应终止时不变的作用称为催化作用 催化反应机理 催化作用加快反应速度的原理是由于催化剂的参与，改 变了原来的反应途径。
在无催化剂时，A、B两种物质按照下面的方式进行化学反应： A+B AB
– 相邻两段之间引入热交换
(a)间接换热
(b)直接换热
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固定床反应器
• 列管式反应器
– 用于对反应温度要求高，或反应热效应很大 的场合

其他反应器
径向反应器 薄层床反应器 自热式反应器
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反应器类型的选择
– 根据反应热的大小和对温度的要求，选择反应 器的结构类型 – 尽量降低反应器阻力 – 反应器应易于操作，安全可靠 – 结构简单，造价低廉，运行与维护费用经济
非均相（多相催化）
常用气固相催化体系：接触最重要，分七个步 骤（对比吸附过程）
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• （一） 组成 • 主活性组分：催化剂主体，可单独作为催化剂； • 助催化剂：（1）本身无活性(2)具有提高活性组分 活性的作用； • 载体： 起支撑活性组分的作用，使催化剂具有合 适形状与粒度，从而有大的比表面积，增大催化剂 活性，节约活性组分用量，并有传热、稀释和增强 机械强度作用，可增加延长催化剂使用寿命。 • （二） 催化剂的性能 • 主要指：其活性、选择性和稳定性
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环境工程中使用的催化剂
• 有害物排放浓度要求很低，催化反应要有 极高效率 • 处理气体量大，催化剂活性要求高，耐冲 刷、压力降低，强度高 • 抗毒性强，化学稳定性高，很好的选择性 • 设备简单，占地少，催化剂便于恢复再生， 无二次污染
•
活性与选择性是催化剂本身最基本的性能指标，是选 择和控制反应参数的基本依据，二者均可度量催化剂加 速化学反应速度的效果，但反映问题的角度不同。 • 活性--------催化剂对提高产品产量的作用； • 选择性-----表示催化剂对提高原料利用率的作用；
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3．催化剂的稳定性
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当有催化剂 K 参与时，反应过程发生了变化，即：
A+K AK+B
AK AB+K
由于加入了催化剂，诱发了原反应所没有的中 间反应，使化学反应沿着新途径进行，降低了 反应的活化能，从而大大加快了化学反应速度.
第十章 催化转化法净化气态污染物
催化反应分类
均相
常用液相催化反应体系：接触容易，分离难
• 定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。 • 包括：（ 1 ）热稳定性；（ 2 ）机械稳定性：（ 3） 抗毒稳定性。 • 影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中 毒。 • 催化剂的老化：是指催化剂在正常工作条件逐步失 去活性过程。 • 催化剂的中毒：是指反应物中少量杂质使催化活性 迅速下降的现象。
第十章 催化转化法净化气态污染物
催化转化： 是指废气通过催化剂床层的催 化反应，是其中的污染物转化为无害或易 于处理与回收利用物质的净化方法。 优 点： • ① 对不同浓度的污染物具有很高转化率； • ② 污染物与主气流不需要分离，避免了可 能产生的第二次污染； • ③ 操作过程简化。 缺 点：催化剂较贵，且废气预热需耗一定 能量，这样使净化处理的费用增加。