催化转化法净化气态污染物
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• 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。
催化剂
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）
催化作用与催化剂
●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。
● 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。
NOx还原为N2
Pt 或Pd 0.5% CuCrO2
载体 SiO2 Ni、NiO
Al2O3
Ni或Al2O3 Al2O3
Al2O3-SiO2
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
Ni Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
助催化剂 K2O或Na2O
Pt0.01%～ 0.015%
固定床反应器
固定床反应器
催化剂
常用的几种废气净化催化剂的组成
用途 SO2氧化成SO3
HC和CO氧化为 CO2和H2O
苯、甲苯氧化为 CO2和H2O
汽车排气中HC 和CO的氧化
主要活性物质 V2O5 6%～12%
Pt、Pd、Rh CuO、Cr2O3、Mn2O3和稀土
类氧化物 Pt、Pd等 CuO、Cr2O3、MnO2 V2O5 4%～7% CuO 3%～7%
催化剂
• 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：
•
• 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；
•源自文库活性：是指催化剂加速化学反应速率的能力，通常用单位时间 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。
公式表示为：
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。
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
• 当有催化剂K参与时，反应过程发生了变化，即：
•
A+K
AK
•
AK+B
AB+K
催化作用
• 阿累尼乌斯方程： • k=k0exp(-E/RT) • 反应速率是随活化能的
固定床反应器定义：
• 定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的 床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。
• 其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂 所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占 最主要的地位。
固定床反应器
• 固定床反应器的特点
– 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
– 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 • 不能使用细催化剂
固定床反应器
固定床反应器分类* • 固定床反应器按反应中与外界有否热量交换
可以划分为两大类：绝热式和换热式。 • 绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器 • 换热式：对外换热式和自身换热式。
催化剂
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。
催化转化法净化气态污染物
内容提要
一 催化作用与催化剂 二 固定床反应器 三 催化转化法净化气态污染物的应用
催化作用与催化剂
催化作用与催化剂
催化法净化气态污染物的特点：
✓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。
催化剂
载体：承载活性组分和助催化剂，提供大的比表面积， 提高活性组分和助催化剂的分散度。
改善催化剂的传热、抗热冲击和抗机械冲击的性 能，因此要求选用有一定机械强度、耐磨强度及热稳定 性与导热性好的多孔性惰性材料作载体。常见的催化剂 载体有氧化铝、硅胶、硅藻土、分子筛等。
催化剂
催化剂的性能：活性、选择性和稳定性
催化剂
• 稳定性：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。 通常用寿命来表示。
• 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。
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
催化剂
催化剂的组成：三部分
主活性物质：主剂，是催化剂起催化作用的主要成分，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。
如贵金属催化剂的铂、钯等。 如将二氧化硫氧化为三氧化硫所用的催化剂五氧化二钒。 助催化剂：单独存在时并没有催化活性，然而它的少量加入， 却能明显提高活性组分的催化性能（活性、选择性、稳定性 和寿命）。例如二氧化硫催化氧化反应中所用的五氧化二钒 -氧化钾催化剂中，氧化钾的存在，可大大提高五氧化二钒 的催化活性。
• 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。
催化剂
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）
催化作用与催化剂
●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。
● 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。
NOx还原为N2
Pt 或Pd 0.5% CuCrO2
载体 SiO2 Ni、NiO
Al2O3
Ni或Al2O3 Al2O3
Al2O3-SiO2
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
Ni Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
助催化剂 K2O或Na2O
Pt0.01%～ 0.015%
固定床反应器
固定床反应器
催化剂
常用的几种废气净化催化剂的组成
用途 SO2氧化成SO3
HC和CO氧化为 CO2和H2O
苯、甲苯氧化为 CO2和H2O
汽车排气中HC 和CO的氧化
主要活性物质 V2O5 6%～12%
Pt、Pd、Rh CuO、Cr2O3、Mn2O3和稀土
类氧化物 Pt、Pd等 CuO、Cr2O3、MnO2 V2O5 4%～7% CuO 3%～7%
催化剂
• 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：
•
• 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；
•源自文库活性：是指催化剂加速化学反应速率的能力，通常用单位时间 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。
公式表示为：
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。
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
• 当有催化剂K参与时，反应过程发生了变化，即：
•
A+K
AK
•
AK+B
AB+K
催化作用
• 阿累尼乌斯方程： • k=k0exp(-E/RT) • 反应速率是随活化能的
固定床反应器定义：
• 定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的 床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。
• 其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂 所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占 最主要的地位。
固定床反应器
• 固定床反应器的特点
– 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
– 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 • 不能使用细催化剂
固定床反应器
固定床反应器分类* • 固定床反应器按反应中与外界有否热量交换
可以划分为两大类：绝热式和换热式。 • 绝热式:单段绝热床、多段绝热式反应器 • 换热式：对外换热式和自身换热式。
催化剂
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。
催化转化法净化气态污染物
内容提要
一 催化作用与催化剂 二 固定床反应器 三 催化转化法净化气态污染物的应用
催化作用与催化剂
催化作用与催化剂
催化法净化气态污染物的特点：
✓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。
催化剂
载体：承载活性组分和助催化剂，提供大的比表面积， 提高活性组分和助催化剂的分散度。
改善催化剂的传热、抗热冲击和抗机械冲击的性 能，因此要求选用有一定机械强度、耐磨强度及热稳定 性与导热性好的多孔性惰性材料作载体。常见的催化剂 载体有氧化铝、硅胶、硅藻土、分子筛等。
催化剂
催化剂的性能：活性、选择性和稳定性
催化剂
• 稳定性：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。 通常用寿命来表示。
• 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。
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
催化剂
催化剂的组成：三部分
主活性物质：主剂，是催化剂起催化作用的主要成分，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。
如贵金属催化剂的铂、钯等。 如将二氧化硫氧化为三氧化硫所用的催化剂五氧化二钒。 助催化剂：单独存在时并没有催化活性，然而它的少量加入， 却能明显提高活性组分的催化性能（活性、选择性、稳定性 和寿命）。例如二氧化硫催化氧化反应中所用的五氧化二钒 -氧化钾催化剂中，氧化钾的存在，可大大提高五氧化二钒 的催化活性。