第7章催化法净化气态污染物

1、第七章第七章 催化法净化气态污染物催化法净化气态污染物催化法是利用催化剂在化学反应中的催化作用，将废气中有害的污染物转化成无害的物质，或转化成更易处理或回收利用的物质的方法。化学反应发生在气流与催化剂接触过程中，反应物和产物无需与主气流分离，使操作过程大为简化，对不同浓度的污染物均具有较高的去除率。对废气组成有较高要求，不能有过多不参加反应的颗粒物质或使催化剂性能降低、寿命缩短的物质。催化法特点：催化法特点：催化剂：催化剂：能够加速化学反应速率或改变化学反应方向能够加速化学反应速率或改变化学反应方向，而其本身的化学性质和数量在反应前后没有改变的，而其本身的化学性质和数量在反应前后没有改变的物质

2、。物质。催化作用：催化作用：催化剂在化学反应过程中所起的加速作用催化剂在化学反应过程中所起的加速作用均相催化：均相催化：催化剂和反应物处于同一相催化剂和反应物处于同一相多相催化：多相催化：催化剂与反应物处在不同相催化剂与反应物处在不同相对于气态污染物的催化净化而言，催化剂通常是对于气态污染物的催化净化而言，催化剂通常是固体，因而属于气固相催化反应。固体，因而属于气固相催化反应。催化作用机理催化作用机理阿累尼乌斯方程：阿累尼乌斯方程： k=k0exp(-E/RT) 反应速率是随活化能反应速率是随活化能的降低呈指数规律加快的降低呈指数规律加快的，催化剂加速反应速的，催化剂加速反应速率正是通过降低活

3、化能率正是通过降低活化能来实现的来实现的反应途径 对反应A+BC 催化剂的组成主活性物质可以单独对反应产生催化作用，一般发生在主活性物质的表面2030nm内。载体通常是惰性物质，它具有两种作用：一是提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂的活性；二是增强催化剂的机械强度、热稳定性及导热性，延长催化剂的寿命。助催剂本身无催化性能，但它的少量加入可以改善催化剂的某些性能。二、催化剂催化剂的性能：活性、选择性和稳定性活性是指催化剂加速化学反应速率的能力，通常用单位时间内单位体积（或质量）催化剂在动力学范围内指定的反应条件下所得到的产品数量来表示。催化剂的选择性是指在几个平行反应中对某个特定反应的

4、加速能力，常用反应得到的目的产物量与反应物质反应了的量之比来表示。催化剂的稳定性是指在催化反应过程中催化剂保持活性的能力，它包括热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性三方面，通常用寿命来表示。二、催化剂 催化净化法选用催化剂的原则：（1）根据污染气体的成分和确定的化学反应选择恰当的催化剂；（2）催化剂要有很好的活性、选择性、稳定性；（3）选择催化剂还要考虑其经济性。 二、催化剂用用 途途主要活性物质主要活性物质载载 体体助催化剂助催化剂SOSO2 2氧化成氧化成SOSO3 3V V2 2O O5 5 6% 6%12%12%SiOSiO2 2K K2 2O O或或NaNa2 2O OHCHC和和COC

5、O氧化为氧化为COCO2 2和和H H2 2O OPtPt、PdPd、RhRhNiNi、NiONiOCuOCuO、CrCr2 2O O3 3、MnMn2 2O O3 3和稀土类氧和稀土类氧化物化物AlAl2 2O O3 3苯、甲苯氧化为苯、甲苯氧化为COCO2 2和和H H2 2O OPtPt、PdPd等等N Ni i或或AlAl2 2O O3 3CuOCuO、CrCr2 2O O3 3、MnOMnO2 2AlAl2 2O O3 3汽车排气中汽车排气中HCHC和和COCO的氧化的氧化V V2 2O O5 5 4% 4%7%7%CuOCuO 3% 3%7%7%AlAl2 2O O3 3-SiO-

6、SiO2 2Pt0.01%Pt0.01%0.015%0.015%NONOx还原为还原为N N2 2Pt Pt 或或Pd 0.5%Pd 0.5%AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2AlAl2 2O O3 3-MgO-MgONiNiCuCrOCuCrO2 2AlAl2 2O O3 3-SiO-SiO2 2AlAl2 2O O3 3-MgO-MgO常用的几种废气净化剂的组成二、催化剂b催化法净化含催化法净化含SOSO2 2的废气的废气b汽车尾气的催化净化汽车尾气的催化净化b催化还原法净化含催化还原法净化含NONOx x废气废气b石油炼厂的石油炼厂的H H2 2S S尾气的催化氧化处理回收

7、尾气的催化氧化处理回收催化转化法去除SO2主要有催化氧化和催化还原两大类；催化还原是用CO或H2S作还原剂，在催化剂的作用下将SO2转化成单质硫；催化氧化又分为液相催化氧化和气相催化氧化。液相催化氧化法是利用溶液中的铁或者锰等金属离子，将SO2直接氧化成硫酸，即：42Fe222SOH2OH2OSO23一、催化法净化含SOSO2 2的废气 日本的千代田法烟气脱硫就是利用这一原理开发出来的。该法将SO2氧化成稀硫酸后，可再与石灰石反应制成销路较好的副产品石膏。 千代田法工艺流程图千代田法工艺流程图 1一吸收塔； 2一氧化塔；3一储槽； 4结晶槽； 5离心机； 6增稠器；7母液槽一、催化法净化含SO

8、2的废气 气相催化氧化法是在接触法制硫酸工艺的基础上发展起来的，其关键反应是用V2O5作催化剂将SO2氧化SO3。该法处理含高浓度SO2的烟气，如有色冶炼烟气，已比较成熟。烟气脱硫的催化氧化流程 一、催化法净化含SO2的废气 b脱硝技术的难点脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大二、催化还原法净化含NOx废气l大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人类大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人类生存的四大杀手；生存的四大杀手；l燃煤烟气中所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是燃煤烟气中所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和

9、温室效应的主要根源；造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源；l我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目，我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目， 但烟气脱硝还未大但烟气脱硝还未大规模开展；规模开展；l资料表明：如果不继续加强对烟气中氮氧化物的治理，氮氧资料表明：如果不继续加强对烟气中氮氧化物的治理，氮氧化物的总量及其在大气污染物中所占的比重都将上升，并有可化物的总量及其在大气污染物中所占的比重都将上升，并有可能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。l国家环保总局国家环保总局2004年经修改后发布的火电厂大气污染年经修改后发布的火电厂大气污染排放标准排放标准(GB132

10、232004)对火电厂对火电厂NOx的排放已做出的排放已做出限制规定限制规定l明确提出新建火电站除满足现行排放标准外明确提出新建火电站除满足现行排放标准外l还须预留烟气脱除氮氧化物装置的空间。还须预留烟气脱除氮氧化物装置的空间。l相应的排污费征收标准管理办法从相应的排污费征收标准管理办法从2004年年7月月1日起执日起执行，每当量氮氧化物征收排污费行，每当量氮氧化物征收排污费0.6元元(原来是不收原来是不收)l废气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少废气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法排放的方法 选择性催化还原法（选择性催化还原法（Selective catalytic reduc

11、tion, SCR） 选择性非催化还原法（选择性非催化还原法（Selective non-catalytic reduction, SNCR）lSCR的发明权属于美国，日本率先于的发明权属于美国，日本率先于20世纪世纪70年代实现商业化应用年代实现商业化应用l日本日本93%以上废气脱硝采用以上废气脱硝采用SCR，运行装置超过，运行装置超过300套；套；l德国德国20世纪世纪80年代引进，并规定发电量年代引进，并规定发电量50MW以上的电厂都配备以上的电厂都配备SCR；l台湾有台湾有100套以上的套以上的SCR装置在运行；装置在运行；l大庆石化、川化集团、北京燕山石化、福建漳州电厂也引进大庆石化

12、、川化集团、北京燕山石化、福建漳州电厂也引进SCR装置装置1、工艺原理 在催化剂作用下，向温度为在催化剂作用下，向温度为280 420的烟气喷入氨，将的烟气喷入氨，将NO还原成还原成N2和和H2O催化剂：贵金属、碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应322232224NH4NOO4N6H O8NH6NO7N12H O32232224NH5O4NO6H O4NH3O2N6H O 由于该反应没有其他副产物产生，并且装置结构简单，因由于该反应没有其他副产物产生，并且装置结构简单，因此适合处理大量烟气此适合处理大量烟气2、工艺流程、工艺流程根据根据CATA. 反应器在锅炉尾部烟道的位置，有三种反应器在锅炉

13、尾部烟道的位置，有三种方案方案:(1)在空气预热器前在空气预热器前350摄氏度位置摄氏度位置.(2)在静电除尘器和空气预热器之间在静电除尘器和空气预热器之间(3)布置在布置在FGD(湿法烟气脱硫装置湿法烟气脱硫装置)之后之后2、工艺流程、工艺流程锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器去湿法烟气脱硫系统NH3空气NH3NH3+空气（1）SCR反应器置于空气预热器前的高尘烟气中反应器置于空气预热器前的高尘烟气中（2）SCR反应器置于静电除尘器与反应器置于静电除尘器与FGD之间之间锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气去烟囱空气（3）

14、SCR反应器布置在反应器布置在FGD(湿法烟气脱硫装置湿法烟气脱硫装置)之后之后锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气气/气加热器去烟囱空气气/油燃烧器或蒸汽换热器3、SCR烟气脱硝工艺的影响因素烟气脱硝工艺的影响因素/运行控制运行控制（1）催化剂的活性）催化剂的活性催化剂是催化剂是SCR技术的核心，其形状一般为板式或蜂窝式；技术的核心，其形状一般为板式或蜂窝式；催化剂主要成分为催化剂主要成分为V2O5/TiO2；催化剂寿命催化剂寿命 化学失活：碱金属（化学失活：碱金属（Na、K、Ca）和重金属（）和重金属（As、Pb）引起中毒）引起中毒 物

15、理失活：高温烧结、磨损、固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂破坏物理失活：高温烧结、磨损、固体颗粒沉积堵塞而引起催化剂破坏3、SCR烟气脱硝工艺的影响因素烟气脱硝工艺的影响因素/运行控制运行控制（2）反应温度）反应温度不同的催化剂具有不同的反应温度范围不同的催化剂具有不同的反应温度范围当反应温度低于催化剂适用温度范围下限：当反应温度低于催化剂适用温度范围下限： 发生副反应，发生副反应，NH3与与SO3和和H2O反应生成反应生成(NH4)2SO4或或NH4HSO4当反应温度高于催化剂适用温度范围上限：当反应温度高于催化剂适用温度范围上限： 催化剂通道和微孔发生变形，失活催化剂通道和微孔发生变形，失活根据

16、催化剂的适用温度范围，根据催化剂的适用温度范围，SCR工艺可分为：工艺可分为： 高温工艺（高温工艺（345590 ）、中温工艺（）、中温工艺（260450 ）、和低温工艺）、和低温工艺（150280 ） 3、SCR烟气脱硝工艺的影响因素烟气脱硝工艺的影响因素/运行控制运行控制（3）氨的输入量与混合）氨的输入量与混合还原剂还原剂NH3的用量根据期望达到的脱硝效率，通过设定的用量根据期望达到的脱硝效率，通过设定NH3和和NOx的摩尔比的摩尔比来控制；来控制；理论上，理论上，1mol的的NO需要需要1mol的的NH3；催化剂活性不同，达到相同转化率所需催化剂活性不同，达到相同转化率所需NH3/NOX

17、摩尔比不同摩尔比不同NH3与废气的混合程度也十分重要；与废气的混合程度也十分重要；4、NOx的在线监测的在线监测 喷按量及喷按量及NOx排放浓度均根据排放浓度均根据NOx在线监测仪表的指示值来控制在线监测仪表的指示值来控制4、SCR工业应用工业应用 工业锅炉、燃气、燃油锅炉、柴油机、垃圾焚烧炉、工业窑工业锅炉、燃气、燃油锅炉、柴油机、垃圾焚烧炉、工业窑炉、化工厂等烟气脱硝处理中都得到成功的应用炉、化工厂等烟气脱硝处理中都得到成功的应用尿素或氨基化合物作为还原剂，较高反应温度(9301090)，通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道化学反应同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生SNCR工艺的NO还原

18、率较低，通常在30%60%3222222224NH6NO5N6H OCO(NH )2NO0.5O2NCO2H O5、选择性非催化还原法（、选择性非催化还原法（SNCR）6、脱硝技术发展趋势：、脱硝技术发展趋势： 针对我国烟气脱硝市场及技术，结合发达国家烟气脱硝的针对我国烟气脱硝市场及技术，结合发达国家烟气脱硝的经验，未来发展定位：经验，未来发展定位：（1）完善烟气脱硝的相关）完善烟气脱硝的相关法律法规法律法规和和相关技术标准相关技术标准。不仅可以。不仅可以使环境执法有法可依，相关环保工程也有一个统一的技术标准；使环境执法有法可依，相关环保工程也有一个统一的技术标准；（2）可借鉴烟气脱硫技术发展

19、的成功经验，应立足于引进消化）可借鉴烟气脱硫技术发展的成功经验，应立足于引进消化自主开发相结合的原则，逐步实现国产化、产业化。自主开发相结合的原则，逐步实现国产化、产业化。6、脱硝技术发展趋势：、脱硝技术发展趋势：（3）由于烟气脱硝无论是市场还是技术在我国都显得相当薄弱，）由于烟气脱硝无论是市场还是技术在我国都显得相当薄弱，所以当前火电厂氮氧化物的脱除可以采取分步脱除，首先可以所以当前火电厂氮氧化物的脱除可以采取分步脱除，首先可以采取低氮燃烧加上采取低氮燃烧加上SNCR技术，同时为适应以后更加严格的环保技术，同时为适应以后更加严格的环保要求预留一定脱氮空间；要求预留一定脱氮空间；（4）加大科研力度。特别是加大低温催化剂的研究开发和烟气）加大科研力度。特别是加大低温催化剂的研究开发和烟气在在SCR反应器内的温度场、流场的分布模拟，切实提高烟气的反应器内的温度场、流场的分布模拟，切实提高