有害气体控制工程

(四) 有害气体治 理工程中常用的 催化剂
1.有害气体治理工 程对催化剂的要求
2. 有害气体治理工 程中常用的催化剂
各类催化剂的外观
二 催化作用
• (一) 催化作用和催化体系 • 催化剂在化学反应中有选择地加速
化学反应的作用称为催化剂的催化作用。 工业上通常根据催化剂和反应物系的状 态将催化作用分为均相催化和多相催化 两类。
催化转化法的特点
催化法与吸收、吸附法不同， 应用催化法治理污染物时，无需 将污染物与主气流分离，可直接 将有害物质转化成无害物质，这 不仅可避免产生二次污染，而且 又可简化操作过程。
催化净化工艺及催化剂的要求 (1) 废气中的气态污染物含量低,反应热效应小, 一般可不考虑催化床层的传热问题,因而反应器 结构简单,往往采用一段绝热固定床催化反应器, 或是便于更换的“模屉”式绝热固定床反应器， 就能满足要求。(2) 由于催化净化装置和处理系 统,仅是生产工艺的一个附属部分,这就要求净 化工艺尽可能简单,占地面积小,设备投资省,操 作费用低。(3)要求催化转化过程不产生二次污 染。(4) 由于要处理的废气量往往很大，比如一 个60万kW的火电厂烟气排放量将达160万m3/h， 因此要求催化剂具有能承受流体冲刷和压力变 化的能力。(5) 废气的成分复杂,有的反应条件 变动大,因而要求催化剂具备高的选择性、高的 机械强度、高的热稳定性、强的抗毒能力和宽 广的活性温度范围。
反应组分A从气相主体扩散到颗粒外表面是单 纯的物理过程，在球形颗粒外表面周围存在一层 滞流边界层，反应组分A通过此边界层，它的浓 度程由 中C无A化g递学减变到化颗，粒故外其表浓面度上梯的度浓（度CACgA-SC。AS扩）散可过近 似地看成是常量，因此在图4-3浓度－径向距离 图上，边界层中反应物A的浓度分布是一条直线。
二、表面化学反应速度与动力 学方程
• (一) 表面化学反应速度
• (二) 空间速度与接触时间
• (三) 反应动力学方程式
(一) 表面化学反应速度
化学反应速度一般定义为单位反应空间体积 中某反应物数量随时间的变化率，表示为：
d ( nA )
A
V
d
式 mo中l/(m3·hγ)A；—— 反 应 物 A 的 反 应 速 度 ，
1. 加快化学反应速度，控制
(二) 催化作用特征
反应方向 2. 催化作用不能改变化学平 衡和反应热
3.催化作用有特殊的选择性
1.催化作用的化学本质 (三) 催化作用原理
2. 催化理论
第二节 气－固相催化反应 过程及动力学方程
一、气固相催化反应过程及浓度分布 二、表面化学反应速度与动力学方程 三、气固相催化反应宏观动力学方程
一、气固相催化反应过程及浓 度分布
• 1)反应过程
• 气固相催化反应的过程是一个气相在固 相内外表面传递的复杂过程，在传递过 程中还必须完成指定的化学反应，这个 过程可以看成是吸附过程和脱附过程的 组合，只不过它是连续完成的，而且中 间还经历了化学反应过程。
2)反应过程的浓度分布
在催化反应过程中,反应组分在不同过程中的浓度分 布不同,以图4-3球形颗粒催化剂进行不可逆反应 为表例示,反说应明物其A浓组度分分在布气情流况主,分体别、以颗C粒Ag、外C表A面S、、C颗AC 粒衡浓中度心。处的浓度,CA*为颗粒温度下化学反应的平
3)反应过程的控制步骤
• 气固相催化反应的三个步骤是一个连续 过程, 过程总阻力由三部分组成,但往往三 者并非同等程度,其中一阻力可能较其它 阻力大得多,成为主要方面, 对全过程的反 应速度(即总反应速度)有决定性影响,称 具有此阻力的过程为控制步骤。
按控制过程不同可将反应过程分为：
1)化学动力学控制 此情况化学反应过程阻力最 大,化学反应速度最慢, 总反应速度主要取决于化 学反应的速度。2)内扩散控制 此情况内扩散过 程的阻力最大,内扩散速度较慢, 总反应速度主要 取决于内扩散过程速度。3)外扩散控制 此种情 况外扩散过程的阻力最大,外扩散过程速度较慢, 总反应速度主要取决于外扩散过程速度。
当催化剂和反应物同处在一个溶液或气 体混合物组成的均匀体系中时,其催化作用称 为均相催化作用。而当催化剂和反应物处在 不同的相时(通常催化剂呈固体,反应物为液体 或气体),其催化作用称为多相催化作用。催化 转化法净化气态污染物即属多相催化作用。
在多相催化作用中，反应物在催化剂表 面上接触是一个关键，因为催化反应是在催 化剂表面上完成的。反应物接触催化剂表面 首先需在表面上吸附，这种吸附往往是化学 吸附，化学吸附的结果，导致了反应物分子 化学键的松弛，使反应得以进行下去。因此， 也称固体催化剂为触媒。
第四章 催化转化法净化气态污染物
催化反应工程已广泛应用于化工、石油等工 业.在环境工程中,催化不仅用来改革工艺路线, 实现清洁生产,在治理“三废”消除污染方面也 极有成效.在有害气体治理中,采用催化反应法 可使废气中不易除去的气态污染物转变成易除 去物质,从而回收利用;或转变成无害物质,使废 气达到排放标准.催化转化法净化气态污染物已 成为有害气体控制工程中一种重要方法。
二、催化剂保持自身的化学性质不变使它在生 产过程的一段期限内不断起催化作用,从而进一 步提高催化工业的经济效果.
1．活性组分
(一) 催化剂的组成
2．助催化剂 3．载体
（二） 催化剂 的表面与孔结构
1．催化剂的表面积 2.催化剂的孔结构
(三) 催化 剂的性能
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1.催化剂的活性 2．催化剂的选择性 3．催化剂的稳定性
nA——反应物A的摩尔数，mol； V——反应空间体积，m3；
τ——反应时间，h。
当V为常量时，则表示为：
A
dcA
第一节 催化剂和催化作用
• 一、催化剂 • 二、催化作用
一、催化剂
催化剂是对催化作用的关键性物质. 凡是 能提高化学反应速度,控制反应方向,在反 应前后本身的化学性质不发生改变的物 质,即称催化剂.
催化剂有两个最大的实用属性:
一、催化剂加速化学反应速度,使许多化学反应 得以按工业规模进行,或显著改善了反应装置的 温度和压力条件,从而提高了化工生产的经济效 果；