9气态污染物的治理催化法

第四节催化转化法•催化作用和催化剂•催化转化工艺和设备•催化转化法的应用实例•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。•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•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。一、催化作用１．概念：化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质的数量和性质，在反应终止时不变的作用称为催化作用２．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。3.两个显著的特征：1）催化剂能加速反应速度（正、逆）而不能使平衡移动；2）催化作用具有特殊的选择性。4.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。•影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中毒。•老化：催化剂在正常工作条件逐步失去活性过程。•催化剂的老化主要是由于热稳定性与机械稳定性决定的，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。•催化剂的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，从而导致催化剂表面积的下降而降低活性。工作温度越高，老化速度越快。另外，内部杂质向表面的迁移，冷热应力交替所造成的机械性粉末被气流带走。所有这些，都会加速催化剂的老化。•中毒：在催化剂使用过程中，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，一般所指的是硫化物如H2S、硫氧化碳、RSH（硫醇）等及含氧化合物如H2O、CO2、O2以及含磷、砷、卤素化合物、重金属化合物等。•按毒物与催化剂表面作用的程度可分为暂时性中毒和永久性中毒。•暂时性中毒亦称可逆中毒，催化剂表面所吸附的毒物可用解吸的办法驱逐，使催化剂恢复活性，然而这种可再生性一般也不能使催化剂恢复到中毒前的水平。•永久性中毒称不可逆中毒，这时，毒物与催化剂活性中心生成了结合力很强的物质，不能用一般方法将它去除或根本无法去除。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及固体颗粒物（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。二、催化转化工艺和设备1、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2、流化床催化反应器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处于悬浮运动状态，并进行气团相反应的装置。①自由床流化床内除分布板和旋风分离器外，没有其它构件。床中催化剂被反应气体密相流化。床的高径比约1-2。它适用于热效应不大的一些反应，例如乙炔与醋酸生成醋酸乙烯所用的反应器。②流化床床内设有换热管式挡板，或两者兼而有之的密相流化床。这些构件既可用于换热，又可限制气泡增大和减少物料返混，适用于热效应大的反应和温度控制范围较狭窄的场合。催化转化法的应用实例•催化氧化法脱除SO2•催化还原法脱除NOx•催化燃烧法净化有机废气•汽车尾气的催化净化（一）SO2气体的催化净化段间冷却的四层催化床第二级催化床预除尘和水分填充床吸收塔填充床吸收塔来自冶炼厂或硫磺燃烧的富含SO2的尾气水含有约为初始进气SO2浓度3%的尾气含有约为初始进气SO2浓度0.3%的尾气水单级吸收工艺二级吸收工艺SO2单级和二级净化工艺的流程图催化反应：420～550℃223SO1/2OSOVanadium3224SOHOHSO（二）NOX的催化净化１.该法是利用不同还原剂，在一定的温度和催化剂作用下，将NOX还原为无害的N2和H2O。２.按还原剂是否与空气中的O2发生反应分为非选择性还原和选择性还原（用氨作还原剂对含NOX的气体进行催化还原处理，使氨能有选择的和气体中的NOX进行反应，而不和氧反应)。催化剂：Pt(Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3等VOCs的催化氧化(三）催化燃烧法净化有机废气(四）汽车尾气的催化净化汽车尾气中的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、NOX、SO2、铅化合物、苯并芘等。这些污染物对人类及环境的危害都是极其严重的。因此，目前许多国家将CO、NOX、SO2作为主要污染物列入制定的汽车排气标准中。现在科学家针对汽车尾气的排放，采用安装催化器，使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目前汽车尾气的净化方法基本有如下三种：１．一段净化法（催化氧化法）；２．二段净化法（催化氧化还原法）；３．三元净化法。•二段净化是在一段中一氧化碳把氮氧化物还原成氮，再排入二段催化器。在二段催化器中，再把一氧化碳和碳氢化合物氧化成二氧化碳和水，以减少氮氧化物的排放，达到尾气排放标准。三元催化器•该催化转换器由一金属壳、一个陶瓷格栅底板及铂铑涂层催化器部分组成。活性金属含量约2克铂铑三元催化转换器工作原理当含有碳化氢和一氧化碳的排出气体流经含氧的转化器时，铂催化器便开始氧化（燃烧）过程。碳化氢和一氧化碳然后与氧结合形成水蒸汽和二氧化碳。这种氧化过程对氧化氮没有影响。为了降低氮氧化物含量，需进行一种叫做“还原”的反应。这种还原反应就是从混合物质中把氧分离出来。在三元转化器中，铑被用作催化剂来分解氮氧化物而成为它的成份即氮、氧。