第十章催化转化法净化气态污染物-3

第十章 催化转化法净化 气态污染物
一 汽车尾气的催化还原净化
汽车尾气的危害！！！
1）汽车尾气最主要的危害是形成光化学烟雾。汽车尾气中 的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光作用下发生化学反应，生 成臭氧，它和大气中的其它成份结合就形成光化学烟雾。 ► 2）汽车尾气中的氮氧化合物含量较少，但毒性很大。氮氧 化合物进入肺泡后，能形成亚硝酸和硝酸，对肺组织产生剧 烈的刺激作用，最后造成肺气肿。 ► 3）汽车尾气中的碳氢化合物有200多种。汽车尾气中还发现 有32种多环芳烃，包括苯并芘等致癌物质。离公路越近，公 路上汽车流量越大，肺癌死亡率越高。 ► 4）汽车尾气中的铅化合物可随呼吸进入血液，并迅速地蓄 积到人体的骨骼和牙齿中，它们干扰血红素的合成、引起贫 血；损害神经系统，严重时损害脑细胞，引起脑损伤。当儿 童血中铅浓度达0.6~0.8ppm时，会影响儿童的生长和智力发 育，甚至出现痴呆症状。铅还能透过母体进入胎盘，危及胎 儿。
4.1 反应原理
使用氨作为还原剂，由于氨在铂催化剂或者非贵金属催化剂的作用下， 只与尾气中的氮氧化物发生反应，不与氧气发生反应，催化反应器内温 度较低
8NH 3 6 NO2 12H 2O 7 N 2 4 NH 3 6 NO 6H 2O 5N 2 8NH 3 4 NO 4 NO2 12H 2O 8N 2
► 反应温度<催化剂允许温度：一段反应 ► 反应温度>催化剂允许温度：两段反应
使尾气中的氧气分别在两个反应器内燃烧，减少反应温度
反应流程图---两段反应
净化气 还原剂燃料气 预热室 尾气 混合器 反应器 废 热 锅 炉 反应器 废 热 锅 炉
混合器
还原剂燃料气
1.在第一段反应器中先完成二氧化氮转化为一氧化氮的脱色反应，并烧掉一 部分氧，降低反应温度，使其不超过催化剂允许温度，经废热锅炉回收一 部分热量 2.冷却后再与另一部分还原剂燃烧气混合进入第二反应器，将剩余的氧气燃 烧完，并进行脱除反应
►
催化还原法去除氮氧化物
在催化剂的作用下，将氮氧化物还原为无害的 氮气 优点：对氮氧化物的去除效率高，且能回收热 能 缺点：投资大，运行费用高，消耗氨及燃料气 ，氮氧化物被还原为无用氮气排放 ► 催化还原法净化氮氧化物，根据还原剂是否 和氧气发生反应分为： ①非选择性催化还原 ②选择性催化还原
1.非选择性催化还原
►3.1
反应原理
H 2 NO2 H 2O NO 2 H 2 O2 2 H 2O 2 H 2 2 NO 2 H 2O N 2
CO NO2 NO CO2 2CO O2 2CO2 2CO 2 NO N 2 2CO2
含有氮氧化物的废气，在一定温和催化剂 的作用下，与还原剂发生反应，二氧化氮 和一氧化氮被还原为氮气，还原剂与废气 中的氧气发生反应，生成水或二氧化碳 ► 还原剂？H2,CH4,CO,CnHm及其混合气，如 焦炉气，天然气等 ► 反应步骤： 1）脱色反应，将有色NO2还原为无色NO 2）燃烧反应，还原剂与氧气发生燃烧 3）消除反应，NO被还原为N2
►
1.净化原理和方法
► 汽车尾气组成？
1）氮氧化物1000-2000cm/m3---燃料在汽缸中高温燃烧 2）一氧化碳5%，碳氢化合物1000cm/m3---燃油燃烧不完全
► 净化方法
1）改进内燃机结构，燃烧完全，减少有害物质排放 2）使用催化剂将尾气中有害物质去除:在催化剂的作用下，利 用尾气中的CO作为还原剂，将氮氧化物还原为氮气，同时 CO转化为CO2
如何控制副反应的发生？？
4 NH 3 5O2 6 H 2O 4 NO
反应温度在350度以上
2 NH 3 3H 2 N 2 4 NH 3 4O2 6 H 2O 2 N 2O 4 NH 3 wk.baidu.com 3O2 6 H 2O 2 N 2
反应温度在350度以下
► 工艺中
1）控制反应温度400度以下，只有主反应 能够进行 2）选择合适的催化剂，利用催化剂的选择 性，使主反应速度大大超过副反应速度
催化转化法净化气态污染物
► 催化还原法
1.催化还原法净化废气中的氮氧化物 2.催化还原法净化汽车尾气 ► 催化氧化法 高浓度二氧化硫烟气的催化转化 ► 催化燃烧法 催化燃烧法脱臭
催化燃烧法
燃烧法处理高浓度VOC和恶臭化合物很有效，原理是通入过量空 气使杂质燃烧，大多数生成二氧化碳和水Cl—HCl S-SO2 ► 燃烧法分类 1）直接氧化燃烧，温度较高>650度,操作简单 ①但由于废气中有机物浓度较低，空气量很大，为了保证燃烧温度 需要添加额外燃料 ②直接燃烧由于混合不充分等原因，燃烧不完全，燃烧过程中除形 成二氧化碳和水外还产生氮氧化物，一氧化碳，致癌的碳氢化合 物（辅助反应） 2）催化燃烧法 在催化剂作用下，将废气中的有害物质完全氧化燃烧生成为无害 物质，可在低温150-350度下进行，无需添加额外燃料
非选择性催化还原工艺流程的选择
► 起燃温度，反应温度 ► 流程的选择取决于反应温度是否超过催化
剂所能允许的最高温度
T---反应温度 T1---还原剂起燃温度 Φ(O2)---尾气中氧气体积分数% a---起燃系数，1.05-1.10 b---温升系数，为燃烧掉1%的氧气使反应温度省高值
T aT1 b (O2 )
CO NO2 NO CO2 1 CO NO N 2 CO2 2
3）未完全燃烧的一氧化碳和烃类，在催化剂的作用下，与空 气发生氧化作用，生成二氧化碳和水
2.净化用催化剂
► 2.1
对催化剂的要求 ①催化反应器安装在内燃机旁，要求结构简单、质量 轻、体积小 ②催化剂要适应气体流量、组成和温度的变化 ③足够机械强度 ④催化剂活性在高温和低温条件下都比较高 ⑤催化剂具有合适的孔隙结构，使尾气通过时阻力小 ⑥汽车尾气中的烃类和一氧化碳通过催化燃烧的方法 去除，氮氧化物通过催化还原去除，因此要采用两 种催化剂在不同反应条件下进行处理
H 2 NO2 H 2O NO 2 H 2 O2 2 H 2O 2 H 2 2 NO 2 H 2O N 2
选择性催化还原
►
为什么要采用选择性催化还原法？ 使用非催化还原时，必须烧掉尾气中存在的大量氧气（氧气与还原剂发 生反应），致使反应温度，催化剂层的温度急剧升高，给工艺带来一定 困难，因此选用选择性催化还原