第10章催化转化法法净化气体污染物分析解析
第10章 催化转化法法净化气体污染物讲诉
第十章 催化转化法净化气态污染物
非选择性催化还原法（NSCR）脱氮
• 催化剂
–Pt，Pd –载体：氧化铝
• 影响因素
–活性
–空间速度
–反应温度 –还原剂用量
非选择性催化还原法（NSCR）脱氮流程图
净气排空 还原剂 燃料气 预热室 尾气 混合器
反应器
Hale Waihona Puke 废 热 锅 炉净气
反应器
尾气 预热室
混合器
废 热 锅 炉
– 吸附法
– 直接燃烧法 – 催化转化法
– 电子除臭法
– 化学喷剂 – 臭氧氧化 – 生物法
催化燃烧法脱臭
干法催化氧化SO2
• 气固相催化法 • 多用于处理硫酸生产尾气和有色金属烟气 制酸（高浓度SO2，含量大于2％） • 催化剂V2O5（五氧化二钒） • 反应温度400～600℃ • 烟气进入前必须除尘（湿法和干法）、除 砷和氟
反应物反应了的摩尔数 X 100% 通过催化剂床层的反应 物摩尔数
第十章 催化转化法净化气态污染物
2．催化剂的选择性
• 选择性是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时， 一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作 用的特征，表示为： 反应所得目的产物摩尔 数 •
B 通过催化剂床层后反应 的反应物摩尔数 100%
气体催化净化方法
第十章 催化转化法净化气态污染物
• • • • 催化还原法脱氮 汽车尾气净化 脱臭 催化法去除高浓度SO2废气
第十章 催化转化法净化气态污染物
氮氧化合物的去除
• 氮氧化合物的来源与危害 • 脱氮：
– 催化还原法 – 液体吸收法 – 吸附法
第十章 催化转化法净化气态污染物
催化转化法净化气态污染物
公式表示为：
式中：A--------催化剂活性， kg/(h.g)； W--------产品质量， kg； t----------反应时间， h； WR-------催化剂质量， g。
催化剂
净化气态污染物对催化剂的要求 ：
• a.高活性：要求催化剂具有去除有害物质的极高效率，因为气体 中所含有害物质浓度低，只有催化剂的活性很高，才能有效地去 除有害物质。
• b.高机械强度：因要处理的气体量往往很大，故要求催化剂具有 能承受流体冲刷压力的强度。
• c.高选择性：要处理的气体中往往成分复杂，因此，要求催化剂 有高的选择性。
NOx还原为N2
Pt 或Pd 0.5% CuCrO2
载体 SiO2 Ni、NiO
Al2O3
Ni或Al2O3 Al2O3
Al2O3-SiO2
Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
Ni Al2O3-SiO2 Al2O3-MgO
助催化剂 K2O或Na2O
Pt0.01%～ 0.015%
固定床反应器
固定床反应器
固定床反应器定义：
• 定义：凡是流体通过不动的固体物料所形成的 床层而进行反应的装置都称作固定床反应器。
• 其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂 所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占 最主要的地位。
固定床反应器
• 固定床反应器的特点
– 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
催化法净化气态污染物
催化法净化气态污染物概述催化法是一种常用的净化气态污染物的方法，通过催化剂的作用，将污染物转化为无害的物质。
该方法在环保和工业领域得到广泛应用，具有高效、低成本和环保等优点。
催化法的原理催化法净化气态污染物的原理是利用催化剂对污染物进行氧化还原反应，将有害气态污染物转化为无害的气体或固体物质。
催化剂的选择和设计对反应效率和选择性有重要影响。
催化剂的分类•金属氧化物催化剂：如氧化铜、氧化锌等，常用于氧化反应。
•金属负载催化剂：将活性金属负载在载体上，如氧化铝、硅胶等。
•生物催化剂：利用微生物或酶类对污染物进行生物降解。
催化法的应用•汽车尾气处理：利用三元催化器将尾气中的一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物转化为二氧化碳、氮气和水。
•工业废气处理：对含硫化氢、苯、甲醛等有机污染物的废气进行处理。
•燃煤废气净化：将燃煤产生的氮氧化物、二氧化硫等转化为无害气体。
催化法的优势•高效：催化反应速度快，能够高效转化污染物。
•环保：采用催化法净化气态污染物，可降低排放的有害物质，保护环境。
•经济：与其他净化方法相比，催化法成本较低，易于操作和维护。
催化法的挑战•催化剂失活：催化剂在长期使用中可能受到中毒、烧结等影响而失活，需要定期更换或再生。
•反应选择性：催化剂的选择和设计会影响反应的选择性，需要在优化设计中克服这一挑战。
•温度和压力控制：部分催化反应需要特定的温度和压力条件才能高效进行。
结论催化法净化气态污染物是一种高效、环保且经济的方法，广泛应用于汽车尾气处理、工业废气净化等领域。
在未来的研究中，应重点关注催化剂的设计和再生技术，以提高反应效率和选择性，实现更清洁的生产和排放。
催化转化法去除大气污染物
催化转化法去除大气污染物
催化转化法是一种常用的去除大气污染物的方法。
它通过使用催化剂来促进化学反应，使有害气体在反应过程中转化为无害或更安全的物质。
这种方法通常用于去除有毒或有害的气体，如氮氧化物、一氧化碳和二氧化硫。
催化转化法的原理是，当有害气体在催化剂的表面上发生反应时，催化剂会将气体中的有毒成分转化为无毒或更安全的成分。
这种方法的优点在于，它可以有效地去除大气污染物，同时还可以降低能量消耗。
催化转化法在大气污染治理中广泛应用，如在工业排放口、汽车尾气排放口、垃圾焚烧厂和电厂等场所都可以使用这种方法。
然而，催化转化法也有一些缺点，如催化剂的使用寿命有限、需要定期更换催化剂等。
总的来说，催化转化法是一种有效的去除大气污染物的方法，但为了更有效地控制大气污染，应当结合其他措施来使用。
第10章 化工三废的危害与治理
类型
工作原理
机 重 含尘气体通过横
械 力 截面积比较大的
式 沉 沉降室，尘粒因
除 降重
尘 器 力作用而自然沉
器
降。
特点
主要用途
构造简单， 主要用于高
施工方便， 浓度含尘气
除尘效率 体的预防处
低。
理。
除 尘 效 率/ %
50 40 ～～ 100 60
惯 含尘气体冲击挡 气流速度越 常被用作高 10 50 性 板或使气流急剧 大，转变次 效除尘器的 ～ ～ 除 改变流动方向， 数越多，净 预除尘使用。 100 70 尘 借助粒子本身的 化效率也越 器 惯性力作用，使 高。
特点
主要用途
除
尘
效
率/
%
结构简单， 适用于净化 0.1 80 造价低，除 高温、易燃、 ～ ～ 尘效率高。 易爆的含尘 100 95 缺点是动力 气体。 消耗大，用 水量大，易 产生腐蚀性 物质以及污 泥。
除尘效率高，广泛应用于 0.1 90
属于高效除 各种工业废 ～ ～
尘器。其缺 气的处理中。 20 99
的输氧能力，导致人体缺氧，轻者出现头痛、恶心、虚脱等症 状，重者则昏迷，中毒而死亡。大气中CO2浓度的增高，阻碍 了地球表面向外散热的过程，导致全球气温上升，从而影响环 境平衡。
大气中的碳氢化合物与氮氧化合物一样，也是形成光化
学烟雾的主要物质。油炸食品，抽烟产生的多环芳烃，如3， 4-苯比芘，是一种强致癌物。
2021/2/22
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问题讨论 1.简述化工污染物的来源。 2.大气主要污染物有哪些？分别有什么危 害？ 3.简述大气污染物治理中的除尘技术。 4.简述大气污染物中脱除SO2和脱除NOX的 常用技术。
催化法净化气态污染物ppt详解.
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能单独对化学反应起催
2. 催化剂
其承载活性组分的作用 ，是催化剂具有合适形
化作用凡物单，能质独可使—加作用—速为。称化催化学为高剂本反活催身性应无化组，活分剂性而活，本性但的身具作的有用提化。 学组成在反状 积 约应与 、 活前粒增性度大组后从催分保而化用持增活量加性，不表、并变面节有的
1）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
2）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离
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催化剂再生
再生是指催化剂在使用一段时间之后由于催化 剂的暂时性中毒或者老化，使催化剂失去了活 性或者活性降低了，我们需要经过一系列的工 艺处理来恢复活性，这就是再生，比如烧焦、 水蒸汽及溶剂冲洗等。
2）冶金或电力行业中SO2浓度较低，不能直接制酸，采用湿
式活性炭吸附尾气中二氧化硫，吸附增加浓度的同时，当 有水蒸气和氧气存在的情况下，催化氧化为硫酸
SO2
1 2
O2
H 2O
H 2SO4
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2.催化还原法
催化剂的作用下，利用还原剂（CH4/NH3/H2）将气体中的
有害物质还原为无害或更容易排放物质
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2.表面化学反应速率方程
1）反应速度表达式
反应速度可用单位反应体积中（或单位重量催化 剂上、单位反应表面积上）某一反应物或产物的摩 尔流量的改变来表示，即
ri
dN i dVR
ri
dN i dW
ri
dN i dS R
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催化反应动力学方程
宏观动力学方程 ➢ 外扩散的传质速率
使用寿命
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催化转化法在大气污染治理中的应用
催化转化法在⼤⽓污染治理中的应⽤催化转化法在⼤⽓污染治理中的应⽤——汽车尾⽓的催化转化摘要：本⽂以汽车尾⽓的催化转化来说明催化转化法在⼤⽓污染治理中的运⽤，并着重介绍了汽车三元催化转化器的结构、催化原理及⼯艺流程。
三元催化转化器所运⽤的催化剂主要是经典的贵⾦属催化剂，其他催化剂还有分⼦筛催化剂、稀⼟催化剂、钙钛矿型催化剂等。
关键词：汽车尾⽓（CO2,HC,NOx）、三元催化转化器、催化剂The application of Catalytic Conversion T echnology in air pollution ——the Catalytic Conversion Technology for tail gas of vehiclesLiu SijingDepartment of Environmental Science in BJUTAbstract: This article discusses the the application of Catalytic Conversion Technology in air pollution via the Catalytic Conversion Technology for tail gasof vehicles,concentrating on the structure, principle and process of the catalytic converters.The Catalyzer used in the Catalytic Conversion Technology for tail gas of vehicles is Precious Metals catalyst ,and there are other catalysts used such as Perovskite Oxide catalyst,Rare Earth Mental catalyst, the Molecular Sieve catalyst replaced by metal ions.Key words: Tail gas of vehicles、Catalyzer converter、Catalyzer前⾔：净化⼤⽓污染的主要任务是控制汽车尾⽓的排放，⽽其中开发新型⾼效的净化汽车尾⽓催化剂，安装汽车尾⽓净化装置是⼀种⾏之有效的⽅法。
催化转化法
10 催化转化法净化气态污染物
(2)催化剂载体 氧化铝小球: 耐热性能较差、孔隙率低、阻力大，易对 发动机的性能造成不良影响而逐渐被蜂窝陶瓷所取代。 蜂窝陶瓷载体: 具有低膨胀、高强度、耐热性能好、吸 附性强、耐磨损等优点。 蜂窝陶瓷载体多用堇青石作原料，堇青石（铝硅酸镁） 不但有低的膨胀系数、良好的耐化学腐蚀性及良好的耐 热性（安全使用温度1400℃），而且本身的气孔率较高。
改变汽车的动力(最根本的途径) 改善现有的汽车动力装置和燃油质量。 机外净化技术
10 催化
机外净化在催化剂存在的条件下，利用排气自身的温度 和组成将有害物质（CO、NOx、HC）转化为无害的 H2O、CO2、和N2。 根据化学反应类型: 催化氧化法 催化氧化还原法 根据反应中除去的有害物质多少: 二元净化 三元净化
大气污染控制工程
李广超
10 催化转化法净化气态污染物
教学内容 §10.1 催化反应 §10.2 催化剂 §10.3 催化反应器 §10.4 催化还原法净化废气中的氮氧化物 §10.5 汽车尾气的催化净化 §10.6 催化燃烧法
10 催化转化法净化气态污染物
1.教学要求 理解净化气态污染物方法的基本原理。 了解各净化方法的常用设备和特点。 了解各净化方法所用的试剂。
10 催化转化法净化气态污染物
选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR) 通常用NH3作为还原剂，在Pt或非重金属催化剂的作用 下，在较低温度条件下，NH3有选择地将废气中的NOx 还原为N2，而基本上不与氧发生反应。 不仅使用的催化剂易得，选择余地大，而且还原剂的起 燃温度低，床温低，有利于延长催化剂寿命和降低反应 器对材料的要求。 选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属 表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOx 废气，国外也有用于净化燃烧烟气中的NOx。
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(a)间接换热
(b)直接换热
第十章 催化转化法净化气态污染物
固定床反应器
• 列管式反应器
– 用于对反应温度要求高，或反应热效应很大 的场合
其他反应器
径向反应器 薄层床反应器 自热式反应器
第十章 催化转化法净化气态污染物
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
非均相（多相催化）
常用气固相催化体系：接触最重要，分七个步 骤（对比吸附过程）
第十章 催化转化法净化气态污染物
• （一） 组成 • 主活性组分：催化剂主体，可单独作为催化剂； • 助催化剂：（1）本身无活性(2)具有提高活性组分 活性的作用； • 载体： 起支撑活性组分的作用，使催化剂具有合 适形状与粒度，从而有大的比表面积，增大催化剂 活性，节约活性组分用量，并有传热、稀释和增强 机械强度作用，可增加延长催化剂使用寿命。 • （二） 催化剂的性能 • 主要指：其活性、选择性和稳定性
第十章 催化转化法净化气态污染物
第三节 环境工程中的催化剂及净化工艺
一．催化净化法的一般工艺 • 催化法治理废气的一般工艺过程包括： • （1) 废气预处理去除催化剂毒物级固体颗粒物（避 免催化剂中毒）； • （2) 废气预热到要求的反应温度（如选择性催化还 原去除NOX废气的预热温度须达200~220OC以上）； • （3）催化反应； • （4）废热和副产品的回收利用等。
第十章 催化转化法净化气态污染物
环境工程中使用的催化剂
• 有害物排放浓度要求很低，催化反应要有 极高效率 • 处理气体量大，催化剂活性要求高，耐冲 刷、压力降低，强度高 • 抗毒性强，化学稳定性高，很好的选择性 • 设备简单，占地少，催化剂便于恢复再生， 无二次污染
– 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
第十章 催化转化法净化气态污染物
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
第十章 催化转化法净化气态污染物
固定床反应器
• 多段绝热反应器
第十章 催化转化法净化气态污染物
当有催化剂 K 参与时，反应过程发生了变化，即：
A+K AK+B
AK AB+K
由于加入了催化剂，诱发了原反应所没有的中 间反应，使化学反应沿着新途径进行，降低了 反应的活化能，从而大大加快了化学反应速度.
第十章 催化转化法净化气态污染物
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ催化反应分类
均相
常用液相催化反应体系：接触容易，分离难
• 定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。 • 包括：（ 1 ）热稳定性；（ 2 ）机械稳定性：（ 3） 抗毒稳定性。 • 影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中 毒。 • 催化剂的老化：是指催化剂在正常工作条件逐步失 去活性过程。 • 催化剂的中毒：是指反应物中少量杂质使催化活性 迅速下降的现象。
•
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。 • 活性--------催化剂对提高产品产量的作用； • 选择性-----表示催化剂对提高原料利用率的作用；
第十章 催化转化法净化气态污染物
3．催化剂的稳定性
反应物反应了的摩尔数 X 100% 通过催化剂床层的反应 物摩尔数
第十章 催化转化法净化气态污染物
2．催化剂的选择性
• 选择性是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时， 一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作 用的特征，表示为： 反应所得目的产物摩尔 数 •
B 通过催化剂床层后反应 的反应物摩尔数 100%
第十章 催化转化法净化气态污染物
第一节 催化作用和催化剂
一、催化作用 化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质的 数量和性质，在反应终止时不变的作用称为催化作用 催化反应机理 催化作用加快反应速度的原理是由于催化剂的参与，改 变了原来的反应途径。
在无催化剂时，A、B两种物质按照下面的方式进行化学反应： A+B AB
第十章 催化转化法净化气态污染物
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 于处理与回收利用物质的净化方法。 优 点： • ① 对不同浓度的污染物具有很高转化率； • ② 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； • ③ 操作过程简化。 缺 点：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。
第十章 催化转化法净化气态污染物
二、净化气态污染物对催化剂的要求
a. 高活性：要求催化剂具有去除有害物质的极高效率， 因为气体中所含有害物质浓度低，只有催化剂的活性 很高，才能有效地去除有害物质。 b. 高机械强度：因要处理的气体量往往很大，故要求催 化剂具有能承受流体冲刷压力的强度。 c. 高选择性：要处理的气体中往往成分复杂，因此，要 求催化剂有高的选择性。 d. 高稳定性：被处理的气体中通常含有催化剂毒物，因 此要求催化剂抗毒能力强，化学稳定性高，寿命长。 除此，要求催化剂还要有高的热稳定性和比较宽的温 度范围。 e.其它 要求催化剂易于制造、价廉、使用性能好、耐磨、具 有较小的压力降等。
第十章 催化转化法净化气态污染物
三、催化剂的分类
• 金属元素催化剂（铂，银，钯，铁，铜） • 化合物为主要活性物质（氧化物，硫化物）
第十章 催化转化法净化气态污染物
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
二.催化剂
第十章 催化转化法净化气态污染物
1．活性
• 衡量催化剂效能大小的标准。 • 公式表示为： A W
t WR
• • • • • •
式中：A--------催化剂活性， kg/(h.g)； W--------产品质量， kg； t----------反应时间， h； WR-------催化剂质量， g。 工业中，常把产品量换算为转化率X表示