第10章 催化转化法法净化气体污染物
气态污染物的净化
实际上，这是一个可逆放热反应，因此降低反应温度和提高反应压力有利于反应的进行。能
加速SO2转化反应的催化剂很多，铂的活性最高，但价格昂贵且易中毒，一般不使用；Cr2O3、 Fe2O3等金属氧化物也具有一定的活性，但使用温度过高受到限制；只有以SiO2为载 体的V2O5价格便宜又不易中毒，且在最低温度下(500～550℃)活性最高，目前在硫酸生 产被广泛采用。
脱氢，以及含氟废气的治理。含水氧化铝在严格控制的升温条件下，加热脱水 便制成多孔结构的活性氧化铝，具有良好的机械强度。
（4）分子筛。分子筛被广泛用于废气治理中的脱硫、脱氮、含汞蒸气净化及 其他有害气体的吸附。它是一种人工合成沸石，具有立方晶体的硅酸盐， 属于离子型吸附剂。因其孔径整齐均匀，能选择性地吸附直径小于某个尺 寸的分子，故有很强的吸附选择性。由于分子筛内表面积大，因此吸附能 力较强。
第9页，共26页。
第二节 气态污染物的吸附净化方法
1. 吸附现象
吸附现象也分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华 力引起的，两者之间不发生化学作用，是一种可逆过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学 键力所引起，两者之间结合牢固，不易脱附，该吸附需要一定的活化能，故又称活化吸附。
脱硫效率≥90％，可同时脱硫脱硝，投资较低，副产物可用作肥料，无废渣排放，但运行电耗 高，运行成本还受到肥料市场的直接影响。
第17页，共26页。
（2）气相催化氧化法。
干式气相催化氧化已实际应用于有色金属冶炼和锅炉烟气脱硫。除尘净化后的含SO2烟气
进入催化转化器，在一定温度下通过催化剂作用，将SO2氧化为SO3，继而转化为硫酸加
一、含二氧化硫废气的治理技术
第10章 催化转化法法净化气体污染物讲诉
第十章 催化转化法净化气态污染物
非选择性催化还原法（NSCR）脱氮
• 催化剂
–Pt，Pd –载体：氧化铝
• 影响因素
–活性
–空间速度
–反应温度 –还原剂用量
非选择性催化还原法（NSCR）脱氮流程图
净气排空 还原剂 燃料气 预热室 尾气 混合器
反应器
Hale Waihona Puke 废 热 锅 炉净气
反应器
尾气 预热室
混合器
废 热 锅 炉
– 吸附法
– 直接燃烧法 – 催化转化法
– 电子除臭法
– 化学喷剂 – 臭氧氧化 – 生物法
催化燃烧法脱臭
干法催化氧化SO2
• 气固相催化法 • 多用于处理硫酸生产尾气和有色金属烟气 制酸（高浓度SO2，含量大于2％） • 催化剂V2O5（五氧化二钒） • 反应温度400～600℃ • 烟气进入前必须除尘（湿法和干法）、除 砷和氟
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
第十章 催化转化法净化气态污染物
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%
气体催化净化方法
第十章 催化转化法净化气态污染物
• • • • 催化还原法脱氮 汽车尾气净化 脱臭 催化法去除高浓度SO2废气
第十章 催化转化法净化气态污染物
氮氧化合物的去除
• 氮氧化合物的来源与危害 • 脱氮：
– 催化还原法 – 液体吸收法 – 吸附法
第十章 催化转化法净化气态污染物
催化转化法净化气态污染物
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。
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
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
大气污染防治与环保设备应用技术指南
大气污染防治与环保设备应用技术指南第1章大气污染防治概述 (4)1.1 大气污染防治的重要性 (4)1.2 我国大气污染防治政策法规 (4)1.3 大气污染物的种类与危害 (4)第2章大气污染防治技术原理 (4)2.1 物理方法 (4)2.2 化学方法 (4)2.3 生物方法 (4)2.4 综合方法 (4)第3章粉尘治理技术 (4)3.1 旋风除尘技术 (5)3.2 袋式除尘技术 (5)3.3 湿式除尘技术 (5)3.4 电除尘技术 (5)第4章气态污染物治理技术 (5)4.1 吸附法 (5)4.2 吸收法 (5)4.3 催化转化法 (5)4.4 生物滤池法 (5)第5章大气污染防治设备选型与设计 (5)5.1 设备选型原则 (5)5.2 设备设计要点 (5)5.3 设备安装与调试 (5)5.4 设备运行与维护 (5)第6章环保设备应用案例分析 (5)6.1 粉尘治理设备应用案例 (5)6.2 气态污染物治理设备应用案例 (5)6.3 综合治理设备应用案例 (5)6.4 新型环保设备应用案例 (5)第7章大气污染防治监测技术 (5)7.1 监测方法 (5)7.2 监测设备 (5)7.3 监测数据分析 (5)7.4 监测体系建立 (5)第8章大气污染防治工程案例分析 (5)8.1 粉尘治理工程案例 (5)8.2 气态污染物治理工程案例 (5)8.3 综合治理工程案例 (5)8.4 工程实施与验收 (5)第9章环保设备管理与维护 (6)9.1 设备管理原则 (6)9.3 故障处理 (6)9.4 设备更新与淘汰 (6)第10章大气污染防治政策与法规 (6)10.1 国家政策法规 (6)10.2 地方政策法规 (6)10.3 政策法规的实施与监督 (6)10.4 政策法规的修订与完善 (6)第11章大气污染防治科技创新 (6)11.1 科技创新概述 (6)11.2 重大科技成果 (6)11.3 技术创新趋势 (6)11.4 产业创新与发展 (6)第12章大气污染防治国际合作与交流 (6)12.1 国际合作概述 (6)12.2 国际公约与协议 (6)12.3 国际交流与合作项目 (6)12.4 我国在大气污染防治领域的国际地位与作用 (6)第1章大气污染防治概述 (6)1.1 大气污染防治的重要性 (6)1.2 我国大气污染防治政策法规 (6)1.2.1 法律法规 (7)1.2.2 政策规划 (7)1.2.3 政策措施 (7)1.3 大气污染物的种类与危害 (7)1.3.1 有害气体 (7)1.3.2 颗粒物 (7)1.3.3 金属污染物 (7)1.3.4 有机污染物 (7)1.3.5 光化学烟雾 (7)第2章大气污染防治技术原理 (8)2.1 物理方法 (8)2.2 化学方法 (8)2.3 生物方法 (8)2.4 综合方法 (9)第三章粉尘治理技术 (9)3.1 旋风除尘技术 (9)3.2 袋式除尘技术 (9)3.3 湿式除尘技术 (10)3.4 电除尘技术 (10)第四章气态污染物治理技术 (10)4.1 吸附法 (10)4.2 吸收法 (10)4.3 催化转化法 (11)第五章大气污染防治设备选型与设计 (11)5.1 设备选型原则 (11)5.2 设备设计要点 (11)5.3 设备安装与调试 (12)5.4 设备运行与维护 (12)第6章环保设备应用案例分析 (12)6.1 粉尘治理设备应用案例 (12)6.2 气态污染物治理设备应用案例 (13)6.3 综合治理设备应用案例 (13)6.4 新型环保设备应用案例 (14)第7章大气污染防治监测技术 (14)7.1 监测方法 (14)7.2 监测设备 (15)7.3 监测数据分析 (15)7.4 监测体系建立 (15)第8章大气污染防治工程案例分析 (16)8.1 粉尘治理工程案例 (16)8.1.1 项目背景 (16)8.1.2 治理措施 (16)8.1.3 治理效果 (16)8.2 气态污染物治理工程案例 (16)8.2.1 项目背景 (16)8.2.2 治理措施 (16)8.2.3 治理效果 (16)8.3 综合治理工程案例 (17)8.3.1 项目背景 (17)8.3.2 治理措施 (17)8.3.3 治理效果 (17)8.4 工程实施与验收 (17)8.4.1 工程实施 (17)8.4.2 工程验收 (17)第9章环保设备管理与维护 (17)9.1 设备管理原则 (17)9.2 设备维护与保养 (18)9.3 故障处理 (18)9.4 设备更新与淘汰 (18)第十章大气污染防治政策与法规 (19)10.1 国家政策法规 (19)10.1.1 法律法规 (19)10.1.2 政策规划 (19)10.2 地方政策法规 (19)10.2.1 地方性法规 (19)10.2.2 政策文件 (20)10.3 政策法规的实施与监督 (20)10.3.1 实施机制 (20)10.3.2 监督管理 (20)10.3.3 社会参与 (20)10.4 政策法规的修订与完善 (20)10.4.1 修订原则 (20)10.4.2 修订内容 (20)10.4.3 修订程序 (20)第11章大气污染防治科技创新 (20)11.1 科技创新概述 (20)11.2 重大科技成果 (21)11.2.1 污染物监测技术 (21)11.2.2 污染源控制技术 (21)11.2.3 末端治理技术 (21)11.3 技术创新趋势 (21)11.3.1 智能化监测与控制 (21)11.3.2 节能减排技术 (21)11.3.3 绿色制造与循环经济 (22)11.4 产业创新与发展 (22)11.4.1 产业技术创新 (22)11.4.2 产业发展政策 (22)第12章大气污染防治国际合作与交流 (22)12.1 国际合作概述 (22)12.2 国际公约与协议 (22)12.3 国际交流与合作项目 (23)12.4 我国在大气污染防治领域的国际地位与作用 (23)第1章大气污染防治概述1.1 大气污染防治的重要性1.2 我国大气污染防治政策法规1.3 大气污染物的种类与危害第2章大气污染防治技术原理2.1 物理方法2.2 化学方法2.3 生物方法2.4 综合方法第3章粉尘治理技术3.1 旋风除尘技术3.2 袋式除尘技术3.3 湿式除尘技术3.4 电除尘技术第4章气态污染物治理技术4.1 吸附法4.2 吸收法4.3 催化转化法4.4 生物滤池法第5章大气污染防治设备选型与设计5.1 设备选型原则5.2 设备设计要点5.3 设备安装与调试5.4 设备运行与维护第6章环保设备应用案例分析6.1 粉尘治理设备应用案例6.2 气态污染物治理设备应用案例6.3 综合治理设备应用案例6.4 新型环保设备应用案例第7章大气污染防治监测技术7.1 监测方法7.2 监测设备7.3 监测数据分析7.4 监测体系建立第8章大气污染防治工程案例分析8.1 粉尘治理工程案例8.2 气态污染物治理工程案例8.3 综合治理工程案例8.4 工程实施与验收第9章环保设备管理与维护9.1 设备管理原则9.2 设备维护与保养9.3 故障处理9.4 设备更新与淘汰第10章大气污染防治政策与法规10.1 国家政策法规10.2 地方政策法规10.3 政策法规的实施与监督10.4 政策法规的修订与完善第11章大气污染防治科技创新11.1 科技创新概述11.2 重大科技成果11.3 技术创新趋势11.4 产业创新与发展第12章大气污染防治国际合作与交流12.1 国际合作概述12.2 国际公约与协议12.3 国际交流与合作项目12.4 我国在大气污染防治领域的国际地位与作用第1章大气污染防治概述1.1 大气污染防治的重要性大气污染防治是当今社会面临的一项重要环境问题。
气态污染物的治理技术.ppt
职业教育环境监测与治理技术专业教学资源库《清洁生产》课程
5．冷凝法
• 在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压，采用降低废气 温度或提高废气压力的方法，使一些易于凝结的有害 气体或蒸汽态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出 来。
• 冷凝法对废气的净化程度与冷却温度有关，冷却温度 愈低，对易凝结组分的清除程度愈高。
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③助催化剂
• 是改善催化剂活性及热稳定等性能的填加 物。
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催化方法的特点
• 净化效率较高，受废气中污染物浓度影响 较小，无需将污染物与主气流分离，避免 了二次污染。但催化剂价格较贵，操作要 求较高，废气中的有害物质很难作为有用 物质进行回收等。
吸附剂、吸附质
• 具有吸附作用的固体物质称为吸附剂，被 吸附的气体组分称为吸附质。
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吸附平衡
• 吸附过程是可逆过程，在吸附质被吸附的同时，部分 已被吸附的吸附质分子还可因分子的热运动而脱离固 体表面回到气相中去，这种现象称为脱附。当吸附速 度与脱附速度相等时，就达到了吸附平衡，达到平衡 时，吸附剂丧失了吸附能力。
石灰石/石膏烟气脱硫工艺示意图
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B、曾经遇到的困难 • （1）腐蚀，Cl的腐蚀引出一部分外排，减少腐蚀。
（2）Ca的结垢，沉积CaSO4加入添加剂。 （3）除雾器堵塞，有雾沫夹带造成。 （4）低的利用率。 （5）气固分离。 （6）脱硫渣的利用。 （7）控制pH，需碱量大。
二 气态污染物的治理技术
(一）气态污染物的治理方法
第10章 化工三废的危害与治理
类型
工作原理
机 重 含尘气体通过横
械 力 截面积比较大的
式 沉 沉降室，尘粒因
除 降重
尘 器 力作用而自然沉
器
降。
特点
主要用途
构造简单， 主要用于高
施工方便， 浓度含尘气
除尘效率 体的预防处
低。
理。
除 尘 效 率/ %
50 40 ～～ 100 60
惯 含尘气体冲击挡 气流速度越 常被用作高 10 50 性 板或使气流急剧 大，转变次 效除尘器的 ～ ～ 除 改变流动方向， 数越多，净 预除尘使用。 100 70 尘 借助粒子本身的 化效率也越 器 惯性力作用，使 高。
特点
主要用途
除
尘
效
率/
%
结构简单， 适用于净化 0.1 80 造价低，除 高温、易燃、 ～ ～ 尘效率高。 易爆的含尘 100 95 缺点是动力 气体。 消耗大，用 水量大，易 产生腐蚀性 物质以及污 泥。
除尘效率高，广泛应用于 0.1 90
属于高效除 各种工业废 ～ ～
尘器。其缺 气的处理中。 20 99
的输氧能力，导致人体缺氧，轻者出现头痛、恶心、虚脱等症 状，重者则昏迷，中毒而死亡。大气中CO2浓度的增高，阻碍 了地球表面向外散热的过程，导致全球气温上升，从而影响环 境平衡。
大气中的碳氢化合物与氮氧化合物一样，也是形成光化
学烟雾的主要物质。油炸食品，抽烟产生的多环芳烃，如3， 4-苯比芘，是一种强致癌物。
2021/2/22
21
2021/2/22
22
问题讨论 1.简述化工污染物的来源。 2.大气主要污染物有哪些？分别有什么危 害？ 3.简述大气污染物治理中的除尘技术。 4.简述大气污染物中脱除SO2和脱除NOX的 常用技术。
气态污染物的催化净化28页PPT
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
Байду номын сангаас
催化燃烧处理气态污染物
→ A＋C→AC AC＋B→AB＋C
阿累尼乌斯经验公式
k = f exp(-E/RT)
k：反应速率常数； R：通用气体常数； f： 概率因子； E：活化能； T：绝对温度。 可见反应速率随活化能的 降低而呈指数增大。
根据活性中心及 活化络合理论，催化 作用起源于催化剂表 面上的活性中心对反 应物分子的化学吸附， 反应物被活性中心吸 附后形成了一种具有 活性的络合物，使原 分子的化学键松弛， 从而降低活化能。
通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转 化为无害或易于进一步处理和回收物质；而且还 可以消烟、除臭。 特点
工艺简单、操作方便，可回收含烃废气的热能。 处理可燃组分含量低的废气时，需预热耗能，应注意热能的回收。 广泛用于石油工业、有机化工、食品工业，涂料和油漆的生产、金属漆 包线生产、纸浆和造纸、动物饲养场、城市废物的干燥和焚烧处理场等 主要含有机污染物的废气治理。
固定床
• 固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度 （或厚度）。床层静止不动，流体通过床 层进行反应。它与流化床反应器及移动床 反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床的优缺点：
• 优点： 1、反应器容积小； 2、催化剂用量少； 3、停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利 于提高化学反应的转化率和目的产物的收率； 4、催化剂不易磨损而可较长期使用，可在高温下操作。 • 缺点 主要在于传热性能差。这是因为催化剂载体导热性较 差，而气体流速又受压降限制，不能太高，这就造成了传 热和控温较困难。
应用
燃烧转化机理
ʘ概念 空燃比：质量为M的燃料燃烧所需空气的量 与燃料质量m的比值。 爆炸极限浓度范围：可燃物质与氧气在一定 的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇 着火源会发生爆炸，这个浓度范围称为爆 炸极限，或爆炸浓度极限。
催化转化法在大气污染治理中的应用
催化转化法在⼤⽓污染治理中的应⽤催化转化法在⼤⽓污染治理中的应⽤——汽车尾⽓的催化转化摘要：本⽂以汽车尾⽓的催化转化来说明催化转化法在⼤⽓污染治理中的运⽤，并着重介绍了汽车三元催化转化器的结构、催化原理及⼯艺流程。
三元催化转化器所运⽤的催化剂主要是经典的贵⾦属催化剂，其他催化剂还有分⼦筛催化剂、稀⼟催化剂、钙钛矿型催化剂等。
关键词：汽车尾⽓（CO2,HC,NOx）、三元催化转化器、催化剂The application of Catalytic Conversion T echnology in air pollution ——the Catalytic Conversion Technology for tail gas of vehiclesLiu SijingDepartment of Environmental Science in BJUTAbstract: This article discusses the the application of Catalytic Conversion Technology in air pollution via the Catalytic Conversion Technology for tail gasof vehicles,concentrating on the structure, principle and process of the catalytic converters.The Catalyzer used in the Catalytic Conversion Technology for tail gas of vehicles is Precious Metals catalyst ,and there are other catalysts used such as Perovskite Oxide catalyst,Rare Earth Mental catalyst, the Molecular Sieve catalyst replaced by metal ions.Key words: Tail gas of vehicles、Catalyzer converter、Catalyzer前⾔：净化⼤⽓污染的主要任务是控制汽车尾⽓的排放，⽽其中开发新型⾼效的净化汽车尾⽓催化剂，安装汽车尾⽓净化装置是⼀种⾏之有效的⽅法。
催化转化法
10 催化转化法净化气态污染物
(2)催化剂载体 氧化铝小球: 耐热性能较差、孔隙率低、阻力大，易对 发动机的性能造成不良影响而逐渐被蜂窝陶瓷所取代。 蜂窝陶瓷载体: 具有低膨胀、高强度、耐热性能好、吸 附性强、耐磨损等优点。 蜂窝陶瓷载体多用堇青石作原料，堇青石（铝硅酸镁） 不但有低的膨胀系数、良好的耐化学腐蚀性及良好的耐 热性（安全使用温度1400℃），而且本身的气孔率较高。
改变汽车的动力(最根本的途径) 改善现有的汽车动力装置和燃油质量。 机外净化技术
10 催化
机外净化在催化剂存在的条件下，利用排气自身的温度 和组成将有害物质（CO、NOx、HC）转化为无害的 H2O、CO2、和N2。 根据化学反应类型: 催化氧化法 催化氧化还原法 根据反应中除去的有害物质多少: 二元净化 三元净化
大气污染控制工程
李广超
10 催化转化法净化气态污染物
教学内容 §10.1 催化反应 §10.2 催化剂 §10.3 催化反应器 §10.4 催化还原法净化废气中的氮氧化物 §10.5 汽车尾气的催化净化 §10.6 催化燃烧法
10 催化转化法净化气态污染物
1.教学要求 理解净化气态污染物方法的基本原理。 了解各净化方法的常用设备和特点。 了解各净化方法所用的试剂。
10 催化转化法净化气态污染物
选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR) 通常用NH3作为还原剂，在Pt或非重金属催化剂的作用 下，在较低温度条件下，NH3有选择地将废气中的NOx 还原为N2，而基本上不与氧发生反应。 不仅使用的催化剂易得，选择余地大，而且还原剂的起 燃温度低，床温低，有利于延长催化剂寿命和降低反应 器对材料的要求。 选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属 表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOx 废气，国外也有用于净化燃烧烟气中的NOx。
吸附法净化气态污染物PPT课件
（1）传质区、吸附波（传质波、传质前 沿）:在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸
附质负荷变化形成的S形曲线所占的区域称为 传质区，S形曲线称为吸附波（或传质波、传 质前沿）。
（2）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的
出口端时称为穿透现象。
（3）破点：出现穿透现象后，吸附波稍微向前
移动一点，在流出物的分析中就有吸附质漏出来， 该点称为破点。
例题：（P186习题3）
3、 解： 由希洛夫方程得 K 0.1 Z m 109
B K Z Z m
K 0.2 Z m 310
解得 Z m 0.046m, K 2018 .52
am 又K C0 故有 am KC0 2018 .52 20 2 10
10、1吸附和吸附剂
2、工业吸附剂 （1）活性氧化铝 （2）活性碳※ （3）硅胶 （4）分子筛
10、2吸附平衡与吸附速率
• 10、2、1吸附平衡 1、两个概念
（1）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：在一定的 温度下，与气相中吸附质的初始浓度成平衡时的最 大吸附量，一般用单位 质量吸附剂在吸附平衡时所 能吸附的吸附质质量来表示，表示固体吸附剂对气 体吸附量的极限，以am表示。 （2）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的 逐渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流 出气体中可能出现吸附质时，我们认为吸附剂已失 效，此时计算出来的单位吸附剂所吸收吸附质的量 称为动活性。 显然：动活性＜静活性
10、3吸附装置及工艺
• 10、3、1吸附装置 1、固定床吸附器 2、回转吸附器 3、流动床吸附器 • 10、3、2吸附工艺 1、一般吸附工艺 2、变压吸附工艺（PSA）
有机气态污染物固定床吸附 工艺流程（一般吸附工艺）
第10章催化转化法净化气态污染物大气污染控制工程课件
工业催化剂的稳定性
工业催化剂的稳定性包括如下几方面：
化学稳定性：保持稳定的化学组成和化合状态。 热稳定性：能在反应条件下，不因受热而破坏其
物理化学状态，能在一定温度范围内保持良好的 稳定性。 机械稳定性：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、 重压、温度等引起的种种应力的程度。
导致催化剂失活的主要因素
催化剂表面析炭； 活性表面因吸附原料中所夹带的有关杂质 ； 活性组分的挥发、流失，负载活性金属烧结或
微晶粒子长大都会使活性不可逆的衰退 ； 化学物种对载体的侵蚀，以及载体孔结构的烧
结导致孔道崩塌，催化剂强度丧失而失活 。
催化剂分类
金属催化剂（Ni,Fe, Cu, Pt, Pd…等过渡金属或 贵金属.)
催化作用
——催化剂所起的这种作用称为催化作用。
催化反应
——涉及到催化剂的反应称为催化反应。
催化作用的特征（1）
催化剂只能加速热力学上可以进行的反应， 而不能加速热力学上无法进行的反应。 在开发一种新的化学反应的催化剂时，首 先要对该反应体系进行热力学分析，看在 给定的条件下是否属于热力学上可行的反 应。
催化作用的特征（3） -催化剂对反应具有选择性
催化剂对反应具有选择性
根据热力学计算，某一反应可能生成不止一种产 物时，应用催化剂可加速某一目的产物的反应， 即称为催化剂对该反应的选择性。
工业上利用催化剂具有选择性，使原料转化为所 需要的产品。
催化作用的特征（4）
-催化剂的寿命
催化剂能改变化学反应的速度，其自身不进入反应的 产物，在理想的情况下不为反应所改变。
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• 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
第十章 催化转化法净化气态污染物
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
第十章 催化转化法净化气态污染物
固定床反应器
• 多段绝热反应器
汽车尾气的催化净化
•催化剂要求
–催化剂的活性在高温（800~1000℃）和在低 温（150~200℃）下都比较高，用量要小，可 以便于安装； –催化剂必须具有合适的孔隙结构和颗粒结构， 以使尾气流过的阻力最小； –希望催化器在除去尾气中的烃类和一氧化碳 时，也能除去氧化氮
汽车尾气的催化净化
•转化器
– 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
第十章 催化转化法净化气态污染物
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，
能量，这样使净化处理的费用增加。
第十章 催化转化法净化气态污染物
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：
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。
第十章 催化转化法净化气态污染物
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。
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
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： A W
t WR
湿式催化氧化法脱硫系统流程图
去烟囱
4
石灰石
9
3
补给水
排烟
1 2
5
6 空气
7 8
石膏 催化剂
优点：工艺简单，运行可靠，设备不易堵塞，并可获得石膏
缺点：液气比较大，40L/m3，设备体积庞大，为耐腐蚀，设备 投资大。
催化还原脱硫化氢
• 液相催化 • Fe/Cu系催化剂（氧化铁，氢氧化铁等） • 制备硫磺
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。
第十章 催化转化法净化气态污染物
非选择性催化还原法（NSCR）脱氮
• 催化剂
–Pt，Pd –载体：氧化铝
• 影响因素
–活性 –空间速度 –反应温度 –还原剂用量
非选择性催化还原法（NSCR）脱氮流程图
预热室 尾气
还原剂 燃料气
混合器
反应器
净气排空
废 热 锅 炉
净气
尾气 预热室
混合器
还原剂燃料气
反应器
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%
• 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；
第十章 催化转化法净化气态污染物
3．催化剂的稳定性
• 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
– 相邻两段之间引入热交换
(a)间接换热
(b)直接换热
第十章 催化转化法净化气态污染物
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
第十章 催化转化法净化气态污染物
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
– 吸附法 – 直接燃烧法 – 催化转化法 – 电子除臭法 – 化学喷剂 – 臭氧氧化 – 生物法
催化燃烧法脱臭
干法催化氧化SO2
• 气固相催化法 • 多用于处理硫酸生产尾气和有色金属烟气
制酸（高浓度SO2，含量大于2％） • 催化剂V2O5（五氧化二钒） • 反应温度400～600℃ • 烟气进入前必须除尘（湿法和干法）、除
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
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
砷和氟
SO2 1/ 2O2 V2O5 SO3
干式催化氧化法脱硫系统流程图
电
除
转
尘
烟气
器
化 器
灰
省煤器 锅炉给水
空气 加热器
锅炉送风
排烟囱
吸 收 塔
冷却器
冷却水
湿法催化氧化SO2
• 固液相催化法 • 多用于处理高浓度SO2尾气净化 • 催化剂：？？？ • 烟气进入前必须除尘，同时增湿冷却到60
℃ • 用含有Fe3＋稀硫酸吸收SO2
➢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）
第十章 催化转化法净化气态污染物
二.催化剂
• （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
无二次污染
第十章 催化转化法净化气态污染物
气体催化净化方法
第十章 催化转化法净化气态污染物
• 催化还原法脱氮 • 汽车尾气净化 • 脱臭 • 催化法去除高浓度SO2废气
第十章 催化转化法净化气态污染物
氮氧化合物的去除
• 氮氧化合物的来源与危害 • 脱氮：
– 催化还原法 – 液体吸收法 – 吸附法
废
热
锅
混合器
炉
还原剂
反应器
废
热
锅
炉
选择性催化还原法（SCR）脱氮
•选择性催化还原法脱氮过程中的主要反应有：
–4NH3+6NO—→5N2+6H2O –8NH3+6NO2—→7N2+12H2O
•实际中还会有副反应发生：
–4NH3+3O2—→2N2+6H2O –2NH3—→N2+3H2 –4NH3+5O2—→4NO+6H2O
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
汽车尾气的催化净化
•两段串联的汽车排气净化流程
汽车尾气的催化净化
•三效催化剂 将烃类、一氧化碳和NOX同时进行氧化
和还原的催化剂。 还原性：Rh（铑） 氧化性：Pt（铂），Pd（钯） 载体：氧化铝 助催化剂：Ba（钡），La（镧）
恶臭气体的去除
• 恶臭气体的来源与组成 • 恶臭气体的危害 • 恶臭气体的去除
• 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
•
反应物反应了的摩尔数 X 通过催化剂床层的反应物摩尔数100%
第十章 催化转化法净化气态污染物
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。
第十章 催化转化法净化气态污染物
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）
第十章 催化转化法净化气态污染物
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