催化法燃烧法课件.ppt
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- 催化 燃烧 课件
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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
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