催化法燃烧法课件.ppt

1、催化转化：是指废气通过催化剂床层的催化反催化转化：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。回收利用物质的净化方法。l例如：例如：处理含高浓度处理含高浓度SOSO2 2废气时，以废气时，以V V2 2O O5 5作催化剂使作催化剂使SOSO2 2氧化成氧化成SOSO3 3，用水吸收制硫酸而使废气净化，用水吸收制硫酸而使废气净化l汽车尾气的催化净化：汽车尾气的催化净化：尾气从气缸中排出后，排尾气从气缸中排出后，排入催化反应器。在催化剂作用下，使一氧化碳和碳入催化反应器。在催化剂作用下，使一氧化碳和碳氢化合

2、物被氧化为二氧化碳和水，净化了尾气中的氢化合物被氧化为二氧化碳和水，净化了尾气中的污染成分污染成分催化转化法催化转化法优优 点：点： 对不同浓度的污染物具有很高转化率；对不同浓度的污染物具有很高转化率； 污染物与主气流不需要分离，避免了可能产生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；的第二次污染； 操作过程简化。操作过程简化。缺缺 点：点： 催化剂较贵，且废气预热需耗一定能量，这样使催化剂较贵，且废气预热需耗一定能量，这样使净化处理的费用增加。净化处理的费用增加。催化作用催化作用概念：化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加概念：化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质的数

3、量和性质，在反应终止时不变的作用称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。为催化作用。该物质就是催化剂，也叫触媒。该物质就是催化剂，也叫触媒。机理：通过加入催化剂，改变了反应历程，降低了反机理：通过加入催化剂，改变了反应历程，降低了反应物活化能，从而达到加快反应速度的目的。应物活化能，从而达到加快反应速度的目的。3. 3. 两个显著的特征：两个显著的特征： 1 1）催化剂能加速反应速度（正、逆）而不能使平衡）催化剂能加速反应速度（正、逆）而不能使平衡移动；移动； 2 2）催化作用具有特殊的选择性。）催化作用具有特殊的选择性。 例如反应例如反应A+BCA+BC是通过中间活性结合物

4、是通过中间活性结合物(AB)(AB)过过渡而成的，即：渡而成的，即： A+BABC A+BABC 其反应速度较慢。其反应速度较慢。 当加入催化剂当加入催化剂K K后，反应从一条很容易进行的途后，反应从一条很容易进行的途径实现：径实现： A+B+2KAK+BKCK+KC+2K A+B+2KAK+BKCK+KC+2K 中间不再需要中间不再需要ABAB向向C C的过渡，从而加快了反的过渡，从而加快了反应速度，而催化剂并未改变性质。应速度，而催化剂并未改变性质。催化剂催化剂加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质不变的物质（一）（一） 组成组成

5、主活性组分：催化剂主体，可单独作为催化剂；主活性组分：催化剂主体，可单独作为催化剂；助催化剂：助催化剂：添加剂，单独使用没有活性，与活性添加剂，单独使用没有活性，与活性组分共存时能显著增强催化剂的催化活性。组分共存时能显著增强催化剂的催化活性。l例如：例如：SOSO2 2氧化为氧化为SOSO3 3时，在所用的时，在所用的V V2 2OO5 5催化剂中加催化剂中加入入K K2 2SOSO4 4，V V2 2OO5 5的催化活性大大提高。的催化活性大大提高。载体：用来承载活性物质和助催化剂。载体：用来承载活性物质和助催化剂。l常用载体：硅藻土、硅胶、分子筛、氧化铝等。常用载体：硅藻土、硅胶、分子筛

6、、氧化铝等。净化气态污染物常用的催化剂：钒、铂、钯等。净化气态污染物常用的催化剂：钒、铂、钯等。（二）（二） 催化剂的性能催化剂的性能主要指：其活性、选择性和稳定性主要指：其活性、选择性和稳定性1 1活性活性 衡量催化剂效能大小的标准。工业上，催化剂衡量催化剂效能大小的标准。工业上，催化剂的活性常用单位时间内单位体积（或质量）催的活性常用单位时间内单位体积（或质量）催化剂在一定条件（温度、压力、空速和反应物化剂在一定条件（温度、压力、空速和反应物质浓度）下，所得的产品量来表示。质浓度）下，所得的产品量来表示。 公式表示为：公式表示为： 式中：式中：A-A-催化剂活性，催化剂活性，kg/(h.g

7、)kg/(h.g)； W- W-产品质量，产品质量，kgkg； t- t-反应时间，反应时间，h h； W WR R-催化剂质量，催化剂质量，g g。 RWtWA2 2选择性选择性如果化学反应可能同时向几个平行方向发生，催如果化学反应可能同时向几个平行方向发生，催化剂只对其中的某化剂只对其中的某个反应起加速作用。个反应起加速作用。活性与选择性是催化剂本身最基本的性能指标，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。的角

8、度不同。活性活性-催化剂对提高产品产量的作用；催化剂对提高产品产量的作用；选择性选择性-表示催化剂对提高原料利用率的作用表示催化剂对提高原料利用率的作用3 3稳定性稳定性定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力 包括：（包括：（1 1）热稳定性；）热稳定性； （2 2）机械稳定性：）机械稳定性： （3 3）抗毒稳定性。）抗毒稳定性。影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中毒。中毒。 老化：催化剂在老化：催化剂在正常工作条件正常工作条件逐步失去活性过程。逐步失去活性过程。催化剂的老化主要是由于热稳定性与机械

9、稳定性决催化剂的老化主要是由于热稳定性与机械稳定性决定的，例如低熔点活性组分的流失或升华，会大大定的，例如低熔点活性组分的流失或升华，会大大降低催化剂的活性。机械性粉末被气流带走。也会降低催化剂的活性。机械性粉末被气流带走。也会加速催化剂的老化加速催化剂的老化工作温度对催化剂的老化影响很大，温度选择和控工作温度对催化剂的老化影响很大，温度选择和控制不好，会使催化剂半熔或烧结，从而导致催化剂制不好，会使催化剂半熔或烧结，从而导致催化剂表面积的下降而降低活性。工作温度越高，老化速表面积的下降而降低活性。工作温度越高，老化速度越快。度越快。中毒：中毒：在催化剂使用过程中，由于体系中存在少在催化剂使用

10、过程中，由于体系中存在少量的杂质，可使催化剂的活性和选择性减小或者量的杂质，可使催化剂的活性和选择性减小或者消失，这种现象叫催化剂中毒。消失，这种现象叫催化剂中毒。这些能使催化剂中毒的物质称之为催化剂毒物，这些能使催化剂中毒的物质称之为催化剂毒物，如如HCNHCN、COCO、H H2 2S S、HgHg、PbPb等。等。环境工程中使用催化剂的特殊要求环境工程中使用催化剂的特殊要求有害物含量很低，而净化后要求极低，要求有害物含量很低，而净化后要求极低，要求催化剂具有极高的去除效率。催化剂具有极高的去除效率。处理量很大，催化剂有高的活性和强度。处理量很大，催化剂有高的活性和强度。被处理气体或液体中

11、通常含粉尘、重金属等，被处理气体或液体中通常含粉尘、重金属等，催化剂应有较高的抗毒性、化学稳定性和好催化剂应有较高的抗毒性、化学稳定性和好的选择性。的选择性。气固催化反应过程气固催化反应过程气固催化反应一般经历五个步骤：气固催化反应一般经历五个步骤：外扩散过程：反应物从气相主体外扩散过程：反应物从气相主体到催化剂外表面；到催化剂外表面；内扩散过程：催化剂外表面到微内扩散过程：催化剂外表面到微孔内颗粒内表面吸附反应；孔内颗粒内表面吸附反应；化学动力学控制过程：颗粒内表化学动力学控制过程：颗粒内表面吸附反应产物离开内表面；面吸附反应产物离开内表面；内扩散：产物微孔到外表面；内扩散：产物微孔到外表面

12、；外扩散：外表面到气相主体外扩散：外表面到气相主体主气流微孔固相催化剂粒子示意图吸附过程：反应物在催化剂表面上被吸附；吸附过程：反应物在催化剂表面上被吸附；表面过程：吸附的反应物在催化剂表面上表面过程：吸附的反应物在催化剂表面上发生化学反应（表面反应过程）；发生化学反应（表面反应过程）；脱附过程：反应产物从催化剂表面上脱附脱附过程：反应产物从催化剂表面上脱附下来。下来。催化法治理废气的一般工艺过程包括：催化法治理废气的一般工艺过程包括：（1)1) 废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物（避免催化剂中毒）；（避免催化剂中毒）；（2) 2) 废气预热到要求的反应温

13、度（如选择性催化废气预热到要求的反应温度（如选择性催化还原去除还原去除NONOX X废气的预热温度须达废气的预热温度须达200200-220-220O OC C以以上）；上）；（3 3）催化反应；）催化反应；（4 4）废热和副产品的回收利用等。）废热和副产品的回收利用等。催化转化工艺和设备催化转化工艺和设备催化反应器催化反应器中小型设备采用固定床反应器中小型设备采用固定床反应器 是最主要的气固相催化反应器是最主要的气固相催化反应器 间歇式操作。间歇式操作。大型设备为流化床反应器大型设备为流化床反应器 连续式操作。连续式操作。固定床反应器固定床反应器优点优点: : 反应速度较快反应速度较快催化剂

14、用量较少催化剂用量较少固定床中催化剂不易磨损，可长期使用固定床中催化剂不易磨损，可长期使用操作方便操作方便( (停留时间可严格控制，温度分布可适当停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率调节，高选择性和转化率) )缺点缺点: :传热差传热差( (热效应大的反应，传热和温控是难点热效应大的反应，传热和温控是难点) )催化剂更换需停产进行催化剂更换需停产进行单段绝热反应单段绝热反应器器固定床反应器固定床反应器工艺过程：气体从圆筒上部通入，工艺过程：气体从圆筒上部通入，经过预分布装置，均匀通过催化经过预分布装置，均匀通过催化剂层，反应后气体经下部引出。剂层，反应后气体经下部引出。单层

15、绝热反应器单层绝热反应器l结构简单，造价低廉，气流阻力小结构简单，造价低廉，气流阻力小l内部温度分布不均内部温度分布不均l用于化学反应热效应小的场合用于化学反应热效应小的场合多段绝热反应器多段绝热反应器l相邻两段之间引入热交换相邻两段之间引入热交换特点：特点：段间设置换热器：可调节温度；也使气体再分布；段间设置换热器：可调节温度；也使气体再分布； 可用于中等热效应的反应。可用于中等热效应的反应。(a)间接换热间接换热(b)直接换热直接换热轴向轴向径向固定床反应器径向固定床反应器列管式反应器列管式反应器l其结构与管式换热器相似其结构与管式换热器相似l管内装催化剂，管间通载管内装催化剂，管间通载热

16、体热体l用于对反应温度要求高，用于对反应温度要求高，或反应热效应很大的场合或反应热效应很大的场合流化床催化反应器流化床催化反应器 流化床反应器是利用气体自下而流化床反应器是利用气体自下而上通过团体颗粒层而使固体颗粒上通过团体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气团处于悬浮运动状态，并进行气团相反应的装置。相反应的装置。自由床自由床 流化床内除分布板外，没有其流化床内除分布板外，没有其它构件。床中催化剂被反应气它构件。床中催化剂被反应气体密相流化。它适用于热效应体密相流化。它适用于热效应不大的一些反应不大的一些反应附内构件床附内构件床床内设有换热管式挡板，床内设有换热管式挡板，这是流化床应

17、用最广泛的这是流化床应用最广泛的一种形式。这些构件既可一种形式。这些构件既可用于换热，又可限制气泡用于换热，又可限制气泡增大和减少物料返混，适增大和减少物料返混，适用于热效应大的反应和温用于热效应大的反应和温度控制范围较狭窄的场合。度控制范围较狭窄的场合。双体流化床双体流化床它由反应器和再生器两它由反应器和再生器两部分组成。反应器内进部分组成。反应器内进行催化反应，再生器内行催化反应，再生器内使催化剂恢复活性。使催化剂恢复活性。催化转化法的应用实例（自学）催化转化法的应用实例（自学）催化氧化法脱除催化氧化法脱除SOSO2 2催化还原法脱除催化还原法脱除NOxNOx催化燃烧法净化有机废气催化燃烧

18、法净化有机废气汽车尾气的催化净化汽车尾气的催化净化燃燃 烧烧 法法 燃烧法是通过氧化作用，将废气中燃烧法是通过氧化作用，将废气中的可燃有害组分转化为无害、或易的可燃有害组分转化为无害、或易于处理和回收的物质的方法。于处理和回收的物质的方法。其化其化学作用主要是燃烧氧化、个别情况学作用主要是燃烧氧化、个别情况下是热分解下是热分解燃烧法适用于处理废气中浓度较高、发热量较大燃烧法适用于处理废气中浓度较高、发热量较大的可燃性有害气体的可燃性有害气体燃烧法简便易行，可回收热能燃烧法简便易行，可回收热能, ,但不能回收有害气但不能回收有害气体，易造成二次污染。体，易造成二次污染。燃烧净化，可以广泛地应用于

19、有机溶剂蒸气及碳燃烧净化，可以广泛地应用于有机溶剂蒸气及碳氢化合物的净化处理。有害物质在燃烧氧化过程氢化合物的净化处理。有害物质在燃烧氧化过程中被氧化成二氧化碳和水蒸气。燃烧净化也可以中被氧化成二氧化碳和水蒸气。燃烧净化也可以用于消除烟和臭味。用于消除烟和臭味。 燃烧法分类燃烧法分类（一）直接燃烧法（一）直接燃烧法将废气用明火直接点燃，在炉将废气用明火直接点燃，在炉内或露天燃烧。内或露天燃烧。特点是有火焰特点是有火焰燃烧，燃烧温度高。燃烧，燃烧温度高。条件：可燃物的浓度必须高于条件：可燃物的浓度必须高于最低发火极限。最低发火极限。适用范围：处理高浓度的适用范围：处理高浓度的H H2 2S S、

20、HCNHCN、COCO、有机蒸气废气。、有机蒸气废气。可在可在般的炉窑中直接燃烧并般的炉窑中直接燃烧并回收热能。回收热能。“火炬火炬”燃烧燃烧将废气通入烟将废气通入烟筒，在烟筒末端进行燃烧。筒，在烟筒末端进行燃烧。燃烧彻底条件：燃烧彻底条件：l气流混合良好；气流混合良好；蓝色火焰说明操作良好；蓝色火焰说明操作良好；黄橙色的火焰并拖着一条黑烟黄橙色的火焰并拖着一条黑烟尾巴，说明操作不良。尾巴，说明操作不良。氢碳比氢碳比0.330.33。l碳氢化合物中碳氢化合物中H HC C重量比愈低，重量比愈低，愈容易产烟，愈容易产烟，H HC0.33C0.33的，的，易易燃烧无烟。燃烧无烟。H HC C低时，

21、可射入水低时，可射入水蒸气于燃点温度，有助于消除不蒸气于燃点温度，有助于消除不完全反应。完全反应。 火炬燃烧器火炬燃烧器 火炬燃烧的优点火炬燃烧的优点 缺点缺点安全、简单、成本低安全、简单、成本低不能回收热能不能回收热能 火炬易受天气影响，特别火炬易受天气影响，特别是大风时可使某些未烧掉是大风时可使某些未烧掉的燃料气扩散。的燃料气扩散。含烃类废气的直接燃烧（火炬燃烧）含烃类废气的直接燃烧（火炬燃烧）烃类物质大都不易溶于水，但在高温下易氧化燃烧，烃类物质大都不易溶于水，但在高温下易氧化燃烧，完全氧化时生成完全氧化时生成COCO2 2和和H H2 2O O。含烃类废气主要来源于炼。含烃类废气主要来

22、源于炼油厂和石油化工厂。油厂和石油化工厂。在喷漆或烘漆作业中，常有大量的溶剂，如苯、甲苯、在喷漆或烘漆作业中，常有大量的溶剂，如苯、甲苯、二甲苯等挥发出来，污染环境，损害工人身体健康。二甲苯等挥发出来，污染环境，损害工人身体健康。这些蒸气浓度较高时，可以采用直接燃烧法处理。这些蒸气浓度较高时，可以采用直接燃烧法处理。图为直接燃烧法净图为直接燃烧法净化烘漆废气的流程。化烘漆废气的流程。燃烧炉设在大型烘燃烧炉设在大型烘箱内，含有机溶剂箱内，含有机溶剂的蒸气被风机从烘的蒸气被风机从烘箱顶部抽出后，送箱顶部抽出后，送入燃烧炉在入燃烧炉在800800下下燃烧。燃烧气体与燃烧。燃烧气体与烘箱内气体通过热烘

23、箱内气体通过热交换器换热后排空。交换器换热后排空。该法净化效率可达该法净化效率可达99.8%99.8%。（二）热力燃烧（二）热力燃烧1 1定义：定义：利用燃料燃烧产生的热量将废气加热至高利用燃料燃烧产生的热量将废气加热至高温使其所含污染物分解、氧化，也叫温使其所含污染物分解、氧化，也叫焚烧焚烧。2 2燃烧过程：燃烧过程：（1 1）燃料辅助燃烧提供预热能量；）燃料辅助燃烧提供预热能量；（2 2）高温燃气与废气混和以达到反应温度）高温燃气与废气混和以达到反应温度（3 3）废气在反应温度下达到充分燃烧。）废气在反应温度下达到充分燃烧。3 3燃烧条件：温度、停留时间、湍流。燃烧条件：温度、停留时间、湍

24、流。大部分大部分CHCH，燃烧温度燃烧温度700800700800，停留时间控制，停留时间控制0.10.3s0.10.3s。热力燃烧用于可燃有机质含量较低的废气的净热力燃烧用于可燃有机质含量较低的废气的净化处理，废气本身不可燃化处理，废气本身不可燃热力燃烧，是指依靠热力，即用提高温度的方热力燃烧，是指依靠热力，即用提高温度的方法，把废气中可燃的有害组分氧化销毁掉。提高法，把废气中可燃的有害组分氧化销毁掉。提高温度用辅助燃料，辅助燃料燃烧时会有火焰。但温度用辅助燃料，辅助燃料燃烧时会有火焰。但这不是热力燃烧本身，而只是供热过程。供热并这不是热力燃烧本身，而只是供热过程。供热并非一定要有火焰。这里

25、是借用燃烧这个名词。非一定要有火焰。这里是借用燃烧这个名词。热力燃烧的条件是废气分子与氧气在反应温度热力燃烧的条件是废气分子与氧气在反应温度下充分接触一定的时间。这就是在供氧充分的情况下充分接触一定的时间。这就是在供氧充分的情况下，热力燃烧的下，热力燃烧的反应温度、驻留时间、湍流混合反应温度、驻留时间、湍流混合的的三个要素，也就是国外所称温度三个要素，也就是国外所称温度(Temperature)(Temperature)、时间时间(Time)(Time)、湍流、湍流(Turbulence)(Turbulence)的的“三三T T条件条件”。“三三T T条件条件”具体指出了热力燃烧的必要条件。具

26、体指出了热力燃烧的必要条件。湍流混合：就是旁通废气与高温燃气处于较强湍流混合：就是旁通废气与高温燃气处于较强的湍流状态，使混合能很快地达到分子混合水平，的湍流状态，使混合能很快地达到分子混合水平，以便使废气中有害组分的分子能得到升温和氧化以便使废气中有害组分的分子能得到升温和氧化 废气净化范围废气净化范围燃烧炉驻留时燃烧炉驻留时间间( (秒秒) )反应温度反应温度()()碳氢化合物碳氢化合物(HC(HC销毁销毁9090以上以上) )碳氢化合物碳氢化合物+CO(HC+C0+CO(HC+C0销毁销毁9090以上以上) )臭味臭味 销毁销毁50509090 销毁销毁90909999 销毁销毁9999

27、以上以上烟和缕烟烟和缕烟 白烟白烟( (雾滴雾滴)()(缕烟消除缕烟消除) ) (HC+CO (HC+CO销毁销毁9090以上以上) ) 黑烟黑烟( (炭粒和可燃粒炭粒和可燃粒) ) 0.30.30.50.5 0.3 0.30.50.5 0.3 0.30.50.5 0.3 0.30.50.5 0.3 0.30.50.5 0.3 0.30.50.5 0.3 0.30.50.5 0.7 0.71.01.0 590590680680 680 680820820 540 540650650 590 590700700 650 650820820 430 430540540 680 680820820

28、760 760ll00ll00废气燃烧净化所需的反应温度与驻留时间列表废气燃烧净化所需的反应温度与驻留时间列表(P222)以热力燃烧法销毁有害气体，化合物不以热力燃烧法销毁有害气体，化合物不同则难易也不同。大部分碳氢化合物在同则难易也不同。大部分碳氢化合物在590590650650温度以上很快就销毁了。而甲烷、温度以上很快就销毁了。而甲烷、溶纤剂和甲苯、二甲苯等可能因分子结构较溶纤剂和甲苯、二甲苯等可能因分子结构较稳定，需要稳定，需要760760和十分之几秒的时间和十分之几秒的时间用热力燃烧法来销毁废气中的可燃有毒组分，用热力燃烧法来销毁废气中的可燃有毒组分，需要消耗辅助燃料，增加运行成本。需

29、要消耗辅助燃料，增加运行成本。 燃烧炉分类燃烧炉分类1 1）配焰燃烧炉）配焰燃烧炉辅助燃料在配焰燃烧辅助燃料在配焰燃烧器中形成许多小火焰；器中形成许多小火焰；废气围绕小火焰进入废气围绕小火焰进入燃烧室，废气与火馅燃烧室，废气与火馅充分接触；充分接触；能够迅速均匀混合，能够迅速均匀混合，燃烧完全。燃烧完全。2 2）离焰燃烧炉）离焰燃烧炉辅助燃料先燃烧后混合废气，火焰较大较长，易辅助燃料先燃烧后混合废气，火焰较大较长，易于控制，结构简单，但混合较慢。于控制，结构简单，但混合较慢。（三）催化燃烧（三）催化燃烧 催化燃烧主要用来治理工业有机废气和消除恶臭。催化燃烧主要用来治理工业有机废气和消除恶臭。在

30、催化剂的作用下，有机废气中的碳氢化合物，在催化剂的作用下，有机废气中的碳氢化合物，可以在较低的温度下（可以在较低的温度下（300300400400度）迅速氧化，度）迅速氧化，生成二氧化碳和水，使气体得到净化。生成二氧化碳和水，使气体得到净化。 催化燃烧特点催化燃烧特点优点：优点：操作温度较低，燃料耗量低，保温要求不严格，能操作温度较低，燃料耗量低，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险；减少回火及火灾危险；催化作用提高了反应速度，减少反应器容积，提高催化作用提高了反应速度，减少反应器容积，提高转化率。转化率。缺点：缺点：只适用污染物浓度较低的废气；只适用污染物浓度较低的废气；催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。大颗粒物及液滴应预先除去，不能用于使催化剂中大颗粒物及液滴应预先除去，不能用于使催化剂中毒的气体。毒的气体。催化燃烧的设备催化燃烧的设备常用的卧式催化燃烧炉和立式催化燃烧炉。常用的卧式催化燃烧炉和立式催化燃烧炉。