气态污染物控制技术.ppt

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1、第七章气态污染物控制技术基础(3)催化法净化气态污染物催化作用和催化剂气固催化反应动力学气－固相催化反应器的设计第四节催化法净化气态污染物气体催化－含有污染物的气体通过催化床层发生催化反应，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。烟气脱硫催化净化工艺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

2、二级净化工艺的流程图催化反应：420～550℃VOCs催化净化工艺催化剂：Pt(Pd，过渡金属，稀土)/Al2O3等VOCs的催化氧化NOx催化净化工艺NOxNH3filterCombustorMixerReactorNOx的选择性催化还原（SCR）汽车尾气催化净化工艺车用催化转化器1气体催化净化催化作用: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，在反应终了时不变的作用。改变反应历程，降低活化能；提高反应速率：（阿累尼乌斯方程）。催化作用显著特征改变反应速度，对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡；选择性2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

3、质。组成活性组分＋助催化剂＋载体活性组分：是催化剂主体，单独对化学反应起催化作用，可作为催化剂单独使用。助催化剂:本身无活性，但具有提高活性组分活性的作用。载体:起承载活性组分作用，使催化剂具有合适形状与粒度，大的比表面积，增大活性、减少用量，增加机械强度，延长寿命等。3催化剂的性能活性：是衡量催化剂效能大小的指标。W－产品质量WR－催化剂质量t－反应时间催化剂的性能稳定性：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。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、机械粉碎等中毒：暂时性和永久性中毒对大多数催化剂，毒物：CO、H2S、S、As、Pb、HC

4、N催化剂表面形态电镜照片4气固催化反应动力学反应过程：7个步骤(1)反应物从气流主体至催化剂外表面(2)进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的内表面上被吸附(4)吸附的反应物转化为生成物(5)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(7)生成物从外表面扩散到气流主体(1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散(3),(4),(5)：动力学过程主气流微孔固相催化剂粒子示意图催化剂反应动力学球形催化剂中组分A的浓度分布催化剂反应动力学催化剂反应动力学反应速度取决于带^反应(最慢反应)，其它都达到平衡例：A＋BR＋S表面反应控制吸附或脱附控制A的吸附：B的吸

5、附：表面反应：R的脱附：S的脱附：5催化反应动力学方程（1）表面化学反应速率方程：对于气固催化连续系统对于催化床NA－反应物A的流量，kmol/hNA0－反应物A的初始流量，kmol/hSR－反应表面积，m2VR－反应气体体积，m3WR－催化剂重量，kgx－转化率L－反应床长度，mA－反应床截面积，m2Q－反应气体流量，m3t－接触时间，hcA0－反应物的初始浓度,kmol/m3催化反应动力学方程宏观动力学方程（2）外扩散的传质速率方程：催化反应动力学方程宏观动力学方程（3）内扩散反应速率方程：催化反应动力学方程催化剂有效系数反应催化剂微孔内浓度分布对反应速率的影响在内扩散的影响

6、下催化剂微孔内表面上反应物很低，沿微孔方向降至平衡浓度催化剂内表面积并未充分利用η值较小催化反应动力学方程催化剂有效系数实验测定催化反应动力学方程催化剂有效系数一级不可逆反应6内外扩散的影响外扩散控制降低催化剂表面反应物浓度，从而降低反应速度表现因数：KG消除方法：提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度；气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外扩散影响消除——下限流速。内外扩散的影响内扩散控制降低催化剂内反应物浓度，从而降低反应速度表现因数：η消除方法：尽量减小催化剂颗粒大小；粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影响消除。7催化反应器的设计设计基础停留时间决定反应的转化率

7、；由催化床的空间体积、物料的体积流量和流动方式决定催化反应器的设计设计基础反应器的流动模型活塞流、混合流；实际流态介于两者之间；反应器内每一点的流态各不相同，停留时间各异不同停留时间的物料在总量中所占的分率具有相应的统计分布－停留时间分布函数；工业上，连续釜式反应器－理想混合反应器；径高比大的固定床－活塞流反应器。催化反应器的设计设计基础空间速度单位时间通过单位体积催化床的反应物料体积催化反应器的设计经验计算法将催化床作为一个整体；利用经验参数设计；通过中间实验确定最