第九章环境催化剂
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第九章 环境催化
机动车尾气净化 排烟脱硫、脱氮 催化燃烧 CO2和氯氟烃的催化治理 清洁燃料和环境友好催化
精品课件
第一节 机动车尾气净化
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
1). 三效催化剂尾气净化原理
NO + CO NO + H2
N2 + CO2 N2 + H2O
精品课件
第三节 催化燃烧
火焰燃烧：
燃烧不完全：有CO生成 火焰温度高(>1300oC)，使N2氧化为NOx
催化燃烧：
促进完全燃烧
降低燃烧温度 减少废气排放
催化燃烧催化剂：
Pd(Pt)/Al2O3 CuO, MnOx, CoOx复合氧化物
精品课件
CH4催化燃烧： CH4催化燃烧 + CH4重整 ＝ CH4部分氧化
4N2 + 7N2 +
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
1、NOx催化消除：
选择性催化还原(SCR)
2). 烃类为还原剂(低碳烷烃、烯烃)：Cu-ZSM-5为催化 剂
NO + O2 + HC H2O
富O2条件下使用，无氧条件下无活性。
N2 + CO2 +
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
2、SOx催化消除：
含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解
精品课件
第四节 CO2和氯氟烃催化治理
2、氯氟烃
氟利昂制冷剂 CFC–11：CFCl3 CFC- 12：CF2Cl2
替代品 HCFC–123：CHCl2CF3 HFC- 134a：CH2FCF3
破坏臭氧层
不会破坏臭氧层
含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解
精品课件
CCl4治理
B＋* B*
A*＋ B*
AB*
AB*
AB ＋ *
Eley-Rideal(E-R)机理：单分子机理
A＋ * A*
A* ＋ B AB*
AB*
A精B品＋课件 *
第四节 CO2和氯氟烃催化治理
1、控制CO2排放引起的温室效应：
减少排放：节能、使用不含碳能源 循环利用：Baidu Nhomakorabea物光合作用
2、氯氟烃
化学特性：稳定、无毒、不易燃烧 用途：致冷剂、发泡剂、清洗剂 危害：破坏臭氧层，造成地面紫外线增加 治理：用含氢氟氯烃代替
C C l4
1 1 C H C l3
?*C C l3 2 2 3 3
? * C H C l2
?* C H 2C l
C 2C l6
C 2C l4
?*C H 3 烃 H yd
四氯化碳加氢脱氯反应路径示意图
精品课件
第五节 清洁燃料和环境友好催化
1、清洁汽油：
烯烃、芳烃：高辛烷值汽油组分，但会造成积碳， 尾气中CO、HC、NOx等污染物增加 目标：降低烯烃、芳烃含量，避免辛烷值损失 途径：选择性裂解使烯烃转化为C3=、C4=；烯烃与 醇类醚化；芳烃抽提
2、清洁柴油
目标：脱硫、脱芳、减少异构、提高十六烷值 工艺：加氢脱硫、加氢裂化
精品课件
3、绿色化学化工及环境友好催化剂
清洁生产的要求 ➢ 清洁生产工艺
无毒无害中间产品；无废少废工艺；物料 内部循环 ➢ 清洁产品
不破坏环境；不危害人体健康；便于回收、再 生
➢ 清洁能源
例:
CH3-CH=CH2 + H2O2 CH2
TS-1
精品课件
CH3-CHO
1). 碱吸收 Ca(OH)2 + SO2 2). 催化消除：V2O5为催化剂 SO2 ＋ O2 SO3 ＋ H2O
Ca(SO3).5H2O
SO3 H2SO4
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
3、同时脱除NOx和SOx：
两段催化剂：先注入NH3，脱除NOx，再将 SO2氧化为SO3，经水洗吸收。 催化剂主要组分：V2O5
处理方法：
催化NOx分解： NOx
N2＋ O2
注入还原剂(柴油)：耗油增加
尚不够成熟
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
1、NOx催化消除：
选择性催化还原(SCR)
1). NH3为还原剂：V2O5/TiO2为催化剂
4NO + 4NH3 + O2 6H2O
6NO2 + 8NH3 12H2O
使用条件：O2含量< 5%
CO + O2 HC + O2
CO2 CO2 + H2O
CO + H2O
精品课CO件2 + H2
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
2). 三效催化剂组成 Pd-Rh-Pt/g-Al2O3/堇青石(Cordierite:镁铝硅酸 盐) Pd, Pt：CO、HC氧化 Rh：NOx还原 助剂： CeO2：储氧功能 BaO：提高g-Al2O3热稳定性
精品课件
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
3). 三效催化剂存在的问题 Pd-Rh-Pt成本高 贫燃 (lean burn)条件：NOx还原效率低 低温活性差，冷启动过程尾气转化效率低
精品课件
2、柴油机尾气净化技术：
特点：氧含量高，NOx含量高 有固液混合颗粒，含硫酸盐
CH4＋ O2 CO2＋ H2O
CH4＋ CO2 CO＋ H2
CCCCHOOH4＋4＋＋＋HHH2O222O
Combustion
Dry reforming Steam reforming
Partial oxidation
精品课件
Langmuir-Hinshelwood (L-H)机理：双分子机理
A＋ * A*
机动车尾气净化 排烟脱硫、脱氮 催化燃烧 CO2和氯氟烃的催化治理 清洁燃料和环境友好催化
精品课件
第一节 机动车尾气净化
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
1). 三效催化剂尾气净化原理
NO + CO NO + H2
N2 + CO2 N2 + H2O
精品课件
第三节 催化燃烧
火焰燃烧：
燃烧不完全：有CO生成 火焰温度高(>1300oC)，使N2氧化为NOx
催化燃烧：
促进完全燃烧
降低燃烧温度 减少废气排放
催化燃烧催化剂：
Pd(Pt)/Al2O3 CuO, MnOx, CoOx复合氧化物
精品课件
CH4催化燃烧： CH4催化燃烧 + CH4重整 ＝ CH4部分氧化
4N2 + 7N2 +
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
1、NOx催化消除：
选择性催化还原(SCR)
2). 烃类为还原剂(低碳烷烃、烯烃)：Cu-ZSM-5为催化 剂
NO + O2 + HC H2O
富O2条件下使用，无氧条件下无活性。
N2 + CO2 +
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
2、SOx催化消除：
含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解
精品课件
第四节 CO2和氯氟烃催化治理
2、氯氟烃
氟利昂制冷剂 CFC–11：CFCl3 CFC- 12：CF2Cl2
替代品 HCFC–123：CHCl2CF3 HFC- 134a：CH2FCF3
破坏臭氧层
不会破坏臭氧层
含氢氟氯烃在到达臭氧层之前分解
精品课件
CCl4治理
B＋* B*
A*＋ B*
AB*
AB*
AB ＋ *
Eley-Rideal(E-R)机理：单分子机理
A＋ * A*
A* ＋ B AB*
AB*
A精B品＋课件 *
第四节 CO2和氯氟烃催化治理
1、控制CO2排放引起的温室效应：
减少排放：节能、使用不含碳能源 循环利用：Baidu Nhomakorabea物光合作用
2、氯氟烃
化学特性：稳定、无毒、不易燃烧 用途：致冷剂、发泡剂、清洗剂 危害：破坏臭氧层，造成地面紫外线增加 治理：用含氢氟氯烃代替
C C l4
1 1 C H C l3
?*C C l3 2 2 3 3
? * C H C l2
?* C H 2C l
C 2C l6
C 2C l4
?*C H 3 烃 H yd
四氯化碳加氢脱氯反应路径示意图
精品课件
第五节 清洁燃料和环境友好催化
1、清洁汽油：
烯烃、芳烃：高辛烷值汽油组分，但会造成积碳， 尾气中CO、HC、NOx等污染物增加 目标：降低烯烃、芳烃含量，避免辛烷值损失 途径：选择性裂解使烯烃转化为C3=、C4=；烯烃与 醇类醚化；芳烃抽提
2、清洁柴油
目标：脱硫、脱芳、减少异构、提高十六烷值 工艺：加氢脱硫、加氢裂化
精品课件
3、绿色化学化工及环境友好催化剂
清洁生产的要求 ➢ 清洁生产工艺
无毒无害中间产品；无废少废工艺；物料 内部循环 ➢ 清洁产品
不破坏环境；不危害人体健康；便于回收、再 生
➢ 清洁能源
例:
CH3-CH=CH2 + H2O2 CH2
TS-1
精品课件
CH3-CHO
1). 碱吸收 Ca(OH)2 + SO2 2). 催化消除：V2O5为催化剂 SO2 ＋ O2 SO3 ＋ H2O
Ca(SO3).5H2O
SO3 H2SO4
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
3、同时脱除NOx和SOx：
两段催化剂：先注入NH3，脱除NOx，再将 SO2氧化为SO3，经水洗吸收。 催化剂主要组分：V2O5
处理方法：
催化NOx分解： NOx
N2＋ O2
注入还原剂(柴油)：耗油增加
尚不够成熟
精品课件
第二节 排烟脱硫、脱氮
1、NOx催化消除：
选择性催化还原(SCR)
1). NH3为还原剂：V2O5/TiO2为催化剂
4NO + 4NH3 + O2 6H2O
6NO2 + 8NH3 12H2O
使用条件：O2含量< 5%
CO + O2 HC + O2
CO2 CO2 + H2O
CO + H2O
精品课CO件2 + H2
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
2). 三效催化剂组成 Pd-Rh-Pt/g-Al2O3/堇青石(Cordierite:镁铝硅酸 盐) Pd, Pt：CO、HC氧化 Rh：NOx还原 助剂： CeO2：储氧功能 BaO：提高g-Al2O3热稳定性
精品课件
1、汽油机尾气净化技术：
三效催化剂：同时催化转化CO, HC和NOx
3). 三效催化剂存在的问题 Pd-Rh-Pt成本高 贫燃 (lean burn)条件：NOx还原效率低 低温活性差，冷启动过程尾气转化效率低
精品课件
2、柴油机尾气净化技术：
特点：氧含量高，NOx含量高 有固液混合颗粒，含硫酸盐
CH4＋ O2 CO2＋ H2O
CH4＋ CO2 CO＋ H2
CCCCHOOH4＋4＋＋＋HHH2O222O
Combustion
Dry reforming Steam reforming
Partial oxidation
精品课件
Langmuir-Hinshelwood (L-H)机理：双分子机理
A＋ * A*