大气污染控制工程答辩课件.ppt

1、n催化作用催化作用n催化剂催化剂n催化剂：能够加速化学反应速率或改变化学反应方向，本身的催化剂：能够加速化学反应速率或改变化学反应方向，本身的 化学性质和数量在反应前后不变。化学性质和数量在反应前后不变。n催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。催化剂的加入使化学反应沿新的途径进行。催化剂的加入使化学反应沿新的途径进行。n能加快化学反应速率能加快化学反应速率n只能缩短反应达到平衡的时间只能缩短反应达到平衡的时间n催化剂具有特殊的选择性催化剂具有特殊的选择性催化剂的性能催化剂的性能剂催化性能的指标主要有：剂催化性能的指标主要有：p活性活性p选择性选择性p稳

2、定性稳定性催化剂中毒的本质？催化剂中毒的本质？p引起催化剂中毒的化学本质是由于活性组分对毒物有更强引起催化剂中毒的化学本质是由于活性组分对毒物有更强的亲和力的亲和力1 1）暂时性中毒，亲和力较弱，通过水蒸气就可以将毒物驱）暂时性中毒，亲和力较弱，通过水蒸气就可以将毒物驱离催化剂表面，使其恢复活性。离催化剂表面，使其恢复活性。2 2）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离。）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离。主主气气流流微孔微孔固相固相催化剂粒子示意图催化剂粒子示意图气固催化反应过程气固催化反应过程(1)反应物从气流主体反应物从气流主体-催化剂外表面催化剂外表面(2)进一步向催化剂的微孔内扩散

3、进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的表面上被吸附反应物在催化剂的表面上被吸附(4)吸附的反应物转为为生成物吸附的反应物转为为生成物(5)生成物从催化剂表面脱附下来生成物从催化剂表面脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外表面扩散脱附生成物从微孔向外表面扩散(7)生成物从外表面扩散到气流主体生成物从外表面扩散到气流主体 反应过程的主要推动力是反应组分的浓度差。反应过程的主要推动力是反应组分的浓度差。催化剂反应动力学催化剂反应动力学kr 宏观反应速率与本征反应的速率关系：宏观反应速率与本征反应的速率关系：式中：式中：rAArAA组分的本征反应速率，组分的本征反应速率，mol/mol/（s s

4、m m3 3）R RA AAA组分的宏观反应速率，组分的宏观反应速率，mol/mol/（s sm m3 3）V Vs s催化剂颗粒的体积，催化剂颗粒的体积，m m3 3整理后得：整理后得：边界条件：边界条件：r=0，dcA/dr=0；r=R，cA=cAS其中：其中：三、总反应速率方程三、总反应速率方程p传质过程速率方程传质过程速率方程式中：式中：kG气象传质系数气象传质系数总反应速率式：总反应速率式：三中控制过程反应速率：三中控制过程反应速率：p表面化学反应过程控制：表面化学反应过程控制：p内扩散过程控制：内扩散过程控制：p外扩散过程控制：外扩散过程控制：三、催化反应器及其设计三、催化反应器及

5、其设计一、固定床催化反应器的分类及选择一、固定床催化反应器的分类及选择1、绝热式固定床反应器2、列管式反应器3、多段绝热式反应器绝热式绝热式 3、多段绝热式反应器（二）固定床反应器的设计计算（二）固定床反应器的设计计算 （一）（一）设计基础设计基础 1 1、空间速率与接触时间、空间速率与接触时间 2 2、转化率、转化率（二）（二）催化剂装量的计算催化剂装量的计算 1 1、数学模型法、数学模型法 2 2、经验计算法、经验计算法转化率转化率N Naoao 组分组分A A初始流量初始流量 N NA A 组分组分A A瞬时流量瞬时流量 微分得微分得 在流动体系中，组分在流动体系中，组分A A的反应速率

6、的反应速率可用单位催化剂中该组分摩尔流量的减可用单位催化剂中该组分摩尔流量的减分表示：分表示：A AR R ：催化剂表面积：催化剂表面积M MR R ：催化剂质量：催化剂质量（二）（二）催化剂装量的计算催化剂装量的计算数学模型法数学模型法 数学模型法，首先是通过对固定床反应器内数学模型法，首先是通过对固定床反应器内流体与颗粒的行为进行合理简化，提出一种流体与颗粒的行为进行合理简化，提出一种物理模型，然后再根据化学反应原理，结合物理模型，然后再根据化学反应原理，结合动量传递、热量传递、质量传递对物理模型动量传递、热量传递、质量传递对物理模型进行数学描述，最后对数学模型求解以得到进行数学描述，最后

7、对数学模型求解以得到所需要的结果所需要的结果微元内进行物料衡算：微元内进行物料衡算：G G ：废气密度：废气密度A At t ：S S床层横截面积床层横截面积V V ：S S空塔速度空塔速度经验计算法经验计算法 经验计算法是采用实验室，中间实经验计算法是采用实验室，中间实验装置及其现有装置中测得的一些最佳验装置及其现有装置中测得的一些最佳条件作为设计依据来进行气固催化反应条件作为设计依据来进行气固催化反应器计算的一种方法器计算的一种方法三、固定床压降的计算三、固定床压降的计算 第四节第四节 影响催化转化的因素影响催化转化的因素一、温度一、温度二、空速二、空速三、操作压力三、操作压力四、废气的初

8、始组成四、废气的初始组成一、温度一、温度二、空速二、空速 在一定范围内，空速增加可以提高单位体积催化剂床在一定范围内，空速增加可以提高单位体积催化剂床层的气体处理能力，而反应率降低不大，因此，催化层的气体处理能力，而反应率降低不大，因此，催化反应一般在保证要求的反映允许床层压降的条件下，反应一般在保证要求的反映允许床层压降的条件下，在选择空速还应保证，对上流式固定床操作，不能使在选择空速还应保证，对上流式固定床操作，不能使床层冲起床层冲起三、操作压力三、操作压力 加压一般能加速催化反应，减加压一般能加速催化反应，减少设备体积，但因催化净化处少设备体积，但因催化净化处理的是工厂排放的废气，故回理

9、的是工厂排放的废气，故回收价值不大，一般将废气的排收价值不大，一般将废气的排放压力作为操作压力放压力作为操作压力四、废气的初始组成四、废气的初始组成 废气的初始组成直接影响反应速率，催化废气的初始组成直接影响反应速率，催化剂用量，平衡转化率，不同的催化净化过剂用量，平衡转化率，不同的催化净化过程，理想的初始组成也不相同。另外，废程，理想的初始组成也不相同。另外，废气中少量的催化剂毒性会影响催化剂活性，气中少量的催化剂毒性会影响催化剂活性，因此一般要求对废气进行预处理，以除去因此一般要求对废气进行预处理，以除去这些少量毒物。这些少量毒物。五、催化转化法的应用五、催化转化法的应用n催化还原法（催化

10、还原法（SCR&SNCR）n氧化吸收氧化吸收 烟气中的Nox组成：NO（95%）、NO2（5%）NO难溶于水，所以对难溶于水，所以对NO的吸收可以采用氧化吸收。的吸收可以采用氧化吸收。氧化吸收法氧化吸收法p电晕氧化电晕氧化 NO NO2（N2O3、N2O5）生成的高价氮氧化物可以进行碱吸收生成的高价氮氧化物可以进行碱吸收 臭氧氧化也属于此类臭氧氧化也属于此类 可以进行一体化脱除，同时除去可以进行一体化脱除，同时除去SO2 缺点是耗能较大缺点是耗能较大氧化吸收法氧化吸收法p催化氧化吸收催化氧化吸收 NO NO2 吸收吸收 使用催化剂，如使用催化剂，如CuO等等 可同时氧化可同时氧化Hg0Hg2+

11、实现一体化脱除实现一体化脱除Hg和和SO2 缺点是受催化剂性能影响较大，催化剂易堵缺点是受催化剂性能影响较大，催化剂易堵氧化吸收法氧化吸收法p化学氧化化学氧化 H H2 2O O2 2、KMnOKMnO4 4、NaClONaClO、NaClONaClO2 2等等 NO NO2 工艺简单工艺简单 吸收不容易吸收不容易催化还原法催化还原法 非选择性催化还原法 催化还原法 SCR 选择性催化还原法 SNCRNONO、NONO2 2 N N2 2还原剂：氢气、甲烷、尿素、还原剂：氢气、甲烷、尿素、NHNH3 3等等衍生还原剂：生物质气化气、煤气、沼气、氨衍生还原剂：生物质气化气、煤气、沼气、氨水等水等

12、 选择性催化还原法选择性催化还原法SCRp使用催化剂使用催化剂 炉外（烟道内）低温反应炉外（烟道内）低温反应p最现实最现实 但是反应使有用的但是反应使有用的NH3变成了无用的变成了无用的N2p运行成本受催化剂效率和寿命的影响很大，要预运行成本受催化剂效率和寿命的影响很大，要预防催化剂中毒事故防催化剂中毒事故选择性非催化还原法选择性非催化还原法SNCRp不使用催化剂不使用催化剂 炉内高温反应炉内高温反应p反应将有用的反应将有用的NH3变成了无用的变成了无用的N2，造成了浪费，造成了浪费p还原法的缺点是将有用的变成了无用的，还原法的缺点是将有用的变成了无用的，造成了资源的浪费造成了资源的浪费p如果

13、采用碳系还原剂可以利用它产生的热如果采用碳系还原剂可以利用它产生的热量量催化法净化含催化法净化含SO2的烟气的烟气p催化转化法去除催化转化法去除SO2主要有催化氧化和催化还原两大类主要有催化氧化和催化还原两大类p催化氧化又分为液相催化氧化和气相催化氧化催化氧化又分为液相催化氧化和气相催化氧化p液相催化氧化液相催化氧化 Fe3+2SO2+O2+2H2O 2H2SO4 日本的千代田法烟气脱硫就是利用这一原理开发出来的日本的千代田法烟气脱硫就是利用这一原理开发出来的 该法工艺流程简单，转化率也较高，并且能制的石膏该法工艺流程简单，转化率也较高，并且能制的石膏 但是生产的硫酸对设备的腐蚀较大但是生产的硫酸对设备的腐蚀较大汽车尾气的催化净化汽车尾气的催化净化p汽车尾气中含有汽车尾气中含有NOx、HC和和CO等污染物等污染物p采用贵金属采用贵金属Pt作为催化剂，作为催化剂，NO和和O2反应生产反应生产NO2，并以，并以硝酸盐的形式被吸附在碱金属表面，同时硝酸盐的形式被吸附在碱金属表面，同时CO和和HC被氧化被氧化反应成反应成CO2和和H2O后从催化剂中排出，作为还原剂的后从催化剂中排出，作为还原剂的CO、HC和和H2还与从碱土金属表面析出的还与从碱土金属表面析出的NO2反应，生产反应，生产CO2、H2O和和N2，使碱土金属得到再生。，使碱土金属得到再生。