催化法净化气态污染物
第四章 净化气态污染物的方法
第四章 净化气态污染物的方法我们都知道，大气污染物分类为气态污染物和颗粒状污染物，本章是针对于气态污染物的处理方法进行学习。
工程上净化气态污染物的方法主要有以下几种：利用溶液的溶解作用所组成的气体吸收净化；利用固体表面吸附作用的吸附净化；利用某些催化剂的催化转化；有机物的高温焚烧等方法。
§1 吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物是利用气体混合物中各种成分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的操作过程。
吸收分为物理吸收和化学吸收两大类。
吸收过程无明显的化学反应时为物理吸收，如用水吸收氯化氢。
用水吸收二氧化碳的感。
吸收过程中伴有明显化学反应时为化学吸收，如用碱液吸收难以达到排放标准，因此大多数采用化学吸收。
吸收法不但能消除气态污染物对大气的污染，而且开可以使其还可以使其转化为有用的产品。
并且还有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等优点，因此，广泛用于气态污染物的处理。
如处理含有SO 2、H 2S 、HF 和NO x 等废气的污染物。
一、吸收平衡理论物理吸收时，常用亨利定律来描述气液两相间的平衡，即i i i x E p =* 式中*i p ——i 组分在气相中的平衡分压，Pa ；i x ——i 组分在液相中的浓度，mol%；i E ——i 组分的亨利系数，Pa 。
若溶液中的吸收质（被吸收组分）的含量i c 以千摩尔/米3表示，亨利定律可表示为： i i i H c p =*或i i i p H c =i H ——i 气体在溶液中的溶解度，kmol/m 3·Pa 。
亨利定律适用于常压或低压下的溶液中，且溶质在气相及液相中的分子状态相同。
如被溶解的气体在溶液中发生某种变化（化学反应、离解、聚合等），此定律只适用于溶液中未发生化学变化的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度决定于液相化学反应条件。
二、双膜理论吸收是气相组分向液向转移的过程，由于涉及气液两相间的传质，因此这种转移过程十分复杂，现已提出了一些简化模型及理论描述，其中最常用的是双膜理论，它不仅用于物理吸收，也适用于气液相反应。
净 化 气 态 污 染 物 方 法
5.1 净化气态污染物方法控制SO2 、NO x 碳氢化合物、氟化物等气态污染物的排放，主要的途径是净化工艺尾气。
目前常用的方法有吸收法、吸附法、催化法、燃烧法、冷凝法等。
5.1.1吸收法5.1.1.1吸收法的基本原理（1）吸收的概念利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组分有选择地吸收分离过程称作吸收（absorption）。
具有吸收作用的物质称为吸收剂（absorbent），被吸收的组分称为吸收质（absorbate）。
吸收操作得到的液体称为吸收液或溶液，剩余的气体称为吸收尾气根据吸收过程中发生化学反应与否，将吸收分为物理吸收和化学吸收。
物理吸收（physical absorption）是指在吸收过程中不发生明显的化学反应，单纯是被吸收组分溶于液体的过程，如用水吸收HCl气体。
化学吸收（chemical adsorption）是指吸收过程中发生明显化学反应，如用氢氧化钠溶液吸收SO2，用酸性溶液吸收NH3等气体。
吸收法净化气态污染物就是利用混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同，或与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来。
由于化学反应增大了吸收的传质系数和吸收推动力，加大了吸收速率，因此对于废气流量大、成分比较复杂、吸收组分浓度低的废气，大多采用化学吸收。
吸收法是分离、净化气体混合物最重要的方法之一，被广泛用于净化含SO2、NO x、HF、HCL等废气。
（2）吸收平衡假定某一个容器中盛有液体（图5-1），在液体上面有一定的气体空间，液体中溶解某种气体，达到平衡状态时，同一时间里溶解于液体中的气体分子数等于从液体中解脱出来的气体分子数。
气体组分能溶于吸收剂中是吸收操作的必要条件。
溶解于吸收剂中的气体量不仅与气体、液体本身性质有关，而且还与液体温度及气体的分压有关。
在一定温度下，气体的分压越大，溶解于吸收剂中的气体量就越多。
亨利定律表明了气体中某种组分的分压与液体中含有该组分的浓度之间的平衡关系，用公式表示为PA=HXA式中 PA 物质A在气相中的平衡分压，H 亨利常数；XA 物质A在液相中的摩尔分数。
了解化学技术对大气污染物的处理原理
了解化学技术对大气污染物的处理原理大气污染是当前全球面临的重要环境问题之一，它直接影响人们的健康和生活质量。
为了解决大气污染问题，化学技术被广泛应用于大气污染物的处理和净化过程中。
本文将介绍几种常见的化学技术，并探讨它们在处理大气污染物中的原理与应用。
一、催化剂氧化技术催化剂氧化技术是一种常用的化学技术，主要通过催化剂的作用加速大气污染物的氧化反应。
在大气中，许多有害物质如二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）和挥发性有机物（VOCs）都具有较强的还原性，它们会对环境和人体产生严重危害。
催化剂氧化技术通过选择合适的催化剂，将这些有害物质氧化为无害的物质，从而实现大气污染物的治理。
例如，选用铂类催化剂可以将CO氧化为二氧化碳，二氧化硫可以通过钒、钼等催化剂的氧化反应转化为硫酸。
催化剂氧化技术具有高效、高选择性和经济性的优点，可以广泛应用于大气污染治理中。
二、沉降技术沉降技术是一种通过净化设备捕捉大气污染物并让其沉降的化学技术。
在大气污染物中，许多细小的颗粒物质如PM2.5和PM10对人体健康影响巨大。
沉降技术通过采用合适的设备，使颗粒物质在大气中发生沉降，以减少其对人体的危害。
常见的沉降技术有静电沉降技术和湿式沉降技术。
在静电沉降技术中，通过静电作用将带电的颗粒物质收集到收集器上，再通过电场调整带电状态，最终达到沉降的目的。
湿式沉降技术则是利用湿度和颗粒物质之间的化学反应，将颗粒物质转化为沉降物，通过处理设备将其去除。
沉降技术对于大气污染物的治理具有显著的效果，可以有效减少颗粒物质对大气和人体的污染。
三、活性炭吸附技术活性炭是一种高效的吸附材料，其结构具有大量的孔隙和表面活性位点，能够吸附大气中的气体污染物。
活性炭吸附技术通过选用合适的活性炭材料，将大气污染物吸附在其表面，从而实现对大气污染物的治理。
活性炭吸附技术的原理是利用活性炭的高比表面积和丰富的孔隙结构，将污染物通过物理吸附、表面化学吸附或化学反应吸附固定在活性炭上，同时也可以将吸附在活性炭上的污染物进行再利用或处理。
大气污染控制工程试题及答案88014
大气污染控制工程试题一、名词解释1、大气稳定度：在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
2、理论烟气体积：在理论空气量下，燃料完全燃烧所生成的烟气体积称为理论烟气量。
3、双模理论：①气液两项接触时形成一个相界面②相界面两侧存在呈层流流动的气膜和液膜③溶质以分子扩散从气流主体通过这两个膜层进入液相主体④相界面出气液两项存在动态平衡⑤膜层以外无浓度梯度、浓度梯度全部集中在两层膜内4、催化转化法：借助催化剂的催化作用，使气态污染物在催化剂表面上发生化学反应，转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。
5、冷凝法：利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的这一性质，采用降低温度、提高系统的压力或既降低温度又提高压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物（如VOCs）冷凝并与废气分离。
二、填空题1.大气污染物的污染源可分为自然污染源和人为污染源.2.常用的除尘器可分为机械除尘器、电除尘器、湿式除尘器、袋式除尘器。
3.根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温五种。
4.按照湍流形成原因，可将湍流分为两种湍流：热力湍流、机械湍流。
5.当吸附剂饱和后需要再生，再生的方法有加热吸附再生、降压或真空解吸再生、置换再生、溶剂萃取再生等。
三、简答题1、燃料完全燃烧所需要具备的条件是什么？答：1)空气条件：燃料燃烧时必须保证供应与燃烧相适应的空气量。
如果空气供应不足，燃烧就不完全。
相反空气量过大，也会降低炉温，增加锅炉的排烟热损失。
2)温度条件：燃料只有达到着火温度，才能与氧作用而燃烧。
3)时间条件：燃料在高温区的停留时间应超过燃料燃烧所需要的时间。
4)燃料与空气的混合条件：混合程度取决于空气的湍流度，若混合不充分，将导致不完全燃烧产物的产生。
2、简述烟流形状与大气稳定度的关系。
答：1)波浪型：烟流呈波浪状，污染物扩散良好，发生在全层不稳定大气中。
2)锥型：烟流呈圆锥形，发生在中性条件下。
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。
气态的净化方法
气态的净化方法
气态的净化方法主要包括以下几种：
1. 空气过滤：使用空气过滤器可以有效去除气体中的悬浮颗粒、粉尘和细菌等微小污染物，改善室内空气质量。
2. 吸附剂：通过使用吸附剂如活性炭、分子筛等材料，可以吸附空气中的有害气体，如二氧化硫、一氧化碳、甲醛等有机挥发物。
3. 光催化氧化：利用光催化剂如二氧化钛等材料，在紫外光照射下，可以将空气中的有机物质氧化为无害物质。
4. 冷凝法：通过冷凝技术将气体冷凝成液体或固体，实现气态污染物的分离和去除。
5. 电离和化学反应：通过电离装置产生负离子，吸附空气中的微粒污染物，或通过化学反应将有害气体转化为无害物质。
6. 生物净化：利用植物、菌类等生物来吸收或分解空气中的污染物，例如通过室内常见的绿植来吸收二氧化碳和甲醛。
7. 隔离与排放：对于无法直接净化的气体污染物，采取隔离措施，使用通风设备将有害气体排放到室外，减少室内的污染。
需要根据具体情况选择合适的净化方法，并结合多种方法进行综合净化，以达到较好的净化效果。
气态污染物典型净化工艺流程
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一、吸附法。
1. 物理吸附，活性炭吸附、沸石吸附。
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催化剂的结构特性
比表面积：直接影响催化剂活性的高低； 孔结构：直接影响催化剂的表面积、寿命、机 械强度等性能，理想的孔隙率在0.4~0.6之间 形状：网状、蜂窝状、片状、颗粒状等。
气固催化反应动力学
反应过程
(1)反应物从气流主体-催化剂外表面 (2) 进一步向催化剂的微孔内扩散
第七章 气态污染物控制技术基础
催化法净化气态污染物
催化原理与催化剂
气固催化反应动力学 SO2催化氧化动力学方程 气固相催化反应器的设计
第三节 催化法净化气态污染物
含污染物气体通过催化剂表面发生催化反应， 使污染物转化为无害或易于处理与回收利用的
物质
பைடு நூலகம்
应用
工业尾气和烟气去除SO2和NOx 有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化 汽车尾气的催化净化
催化净化工艺
来自冶炼厂或硫 磺燃烧的富含 SO2的尾气 含有约为初 始 进 气 SO2 浓 度3%的尾气 水 段间冷却 的四层催 化床 填充 床吸 收塔 含有约为初 始 进 气 SO2 浓度0.3%的 尾气 第二级 催化床 填充 床吸 收塔
水
预除尘 和水分
单级吸收工艺 二级吸收工艺
Vanadium SO2 1/ 2O2 SO3
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
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
固定床反应器
多段绝热反应器
相邻两段之间引入热交换
(a)直接换热
(b)间接换热
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
SO3 H 2O H 2SO4
SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420～550℃
催化净化工艺
VOCs的催化氧化
催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等
催化净化工艺
NOx NH3 filter Reactor Combustor Mixer
NOx的选择性催化还原（SCR）
（２）选择性
反应所得目的产物摩尔数 B ´ 100％ 通过催化剂床层后反应了的反应物摩尔数
催化剂的性能
（3）稳定性
热稳定性、机械稳定性和化学稳定性 表示方法：寿命 老化
活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等 对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、 As、Pb
中毒
气固催化反应的控制步骤
气固催化反应主要包括外扩散、内扩散和表面 化学反应三个过程，气固催化反应速率受这一 个过程速率的影响。速率最慢者，决定整个过 程的总反应速率，称这一步为控制步骤。
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
(3)反应物在催化剂的表面上被吸附
(4)吸附的反应物转为产物 (5)产物脱附离开催化剂表面 (6)产物从微孔向外表面扩散 (7)产物从外表面进入气相主体
主 气 流
微孔 固相 催化剂粒子示意图
(1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程
催化剂反应动力学
催化剂中反 应物的浓度 分布
E K A exp( ) RT
（阿伦尼乌斯方程）
显著特征
对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡，只能缩短
到达平衡的时间
选择性
催化剂
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
组成
活性组分 ＋ 助催化剂 ＋ 载体
催化剂的性能
（1）活性
A W tWR
W－产品质量 WR－催化剂质量 t－反应时间
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
8NH 3 6NO 2 7N 2 12H 2O
4NH 3 6NO 5N 2 6H 2O
催化剂200～300℃：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3 (TiO2,V2O5)
催化净化工艺
车用催化转化器
一、催化原理与催化剂
1、催化原理 催化作用
改变反应历程，降低活化能 提高反应速率