催化法净化气态污染物..

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
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
固定床反应器

多段绝热反应器

Leabharlann Baidu
相邻两段之间引入热交换
(a)直接换热
(b)间接换热
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
第七章 气态污染物控制技术基础

催化法净化气态污染物

催化原理与催化剂
气固催化反应动力学 SO2催化氧化动力学方程 气固相催化反应器的设计
第三节 催化法净化气态污染物

含污染物气体通过催化剂表面发生催化反应， 使污染物转化为无害或易于处理与回收利用的
物质

应用

工业尾气和烟气去除SO2和NOx 有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化 汽车尾气的催化净化
催化净化工艺
来自冶炼厂或硫 磺燃烧的富含 SO2的尾气 含有约为初 始 进 气 SO2 浓 度3%的尾气 水 段间冷却 的四层催 化床 填充 床吸 收塔 含有约为初 始 进 气 SO2 浓度0.3%的 尾气 第二级 催化床 填充 床吸 收塔
水
预除尘 和水分
单级吸收工艺 二级吸收工艺
Vanadium SO2 1/ 2O2 SO3

（２）选择性
反应所得目的产物摩尔数 B ´ 100％ 通过催化剂床层后反应了的反应物摩尔数
催化剂的性能

（3）稳定性

热稳定性、机械稳定性和化学稳定性 表示方法：寿命 老化

活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等 对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、 As、Pb

中毒

催化剂的结构特性

比表面积：直接影响催化剂活性的高低； 孔结构：直接影响催化剂的表面积、寿命、机 械强度等性能，理想的孔隙率在0.4~0.6之间 形状：网状、蜂窝状、片状、颗粒状等。

气固催化反应动力学

反应过程

(1)反应物从气流主体-催化剂外表面 (2) 进一步向催化剂的微孔内扩散
气固催化反应的控制步骤

气固催化反应主要包括外扩散、内扩散和表面 化学反应三个过程，气固催化反应速率受这一 个过程速率的影响。速率最慢者，决定整个过 程的总反应速率，称这一步为控制步骤。
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
SO3 H2O H2SO4
SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420～550℃
催化净化工艺
VOCs的催化氧化
催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等
催化净化工艺
NOx NH3 filter Reactor Combustor Mixer
NOx的选择性催化还原（SCR）
E K A exp( ) RT
（阿伦尼乌斯方程）

显著特征
对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡，只能缩短
到达平衡的时间
选择性
催化剂

加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后 保持不变的物质
组成


活性组分 ＋ 助催化剂 ＋ 载体
催化剂的性能

（1）活性
A W tWR
W－产品质量 WR－催化剂质量 t－反应时间
(3)反应物在催化剂的表面上被吸附
(4)吸附的反应物转为产物 (5)产物脱附离开催化剂表面 (6)产物从微孔向外表面扩散 (7)产物从外表面进入气相主体
主 气 流
微孔 固相 催化剂粒子示意图
(1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程
催化剂反应动力学

催化剂中反 应物的浓度 分布
8NH 3 6NO 2 7N 2 12H 2O
4NH 3 6NO 5N 2 6H 2O
催化剂200～300℃：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3 (TiO2,V2O5)
催化净化工艺

车用催化转化器
一、催化原理与催化剂

1、催化原理 催化作用

改变反应历程，降低活化能 提高反应速率