空气污染物治理的催化技术

1、空气污染物治理的催化技术第1页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五空气中污染物主要污染物: COx、NOx、SOx、VOCs、粉尘污 染 类 型: 动态源、静态源动 态 源： 机动车尾气造成的静 态 源： 发电、水泥、锅炉、焚烧炉等产生第2页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五动态源（机动车尾气）净化催化技术汽车尾气的危害HC + NOx 光化学烟雾CO 可使人窒息的致命性气体微粒 可形成“阴霾”天气第3页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五汽车尾气催化净化现在减少汽车排放尾气中有害气体的有效方法就是采用“三效”催化剂。三效催化剂，是指将汽

2、车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气的催化。第4页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五三效催化剂尾气净化原理NOx的还原NOCO0.5N2CO2NOH20.5N2H2OCO及CHx的氧化CO0.5O2CO24CH5O24CO22H2O最佳空燃比为14.6第5页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五三效催化剂的组成活性组分：Pt、Pd和Rh载体第一载体：堇青石(多孔陶瓷)第二载体：-Al2O3 助剂(稀土、碱土和过渡金属)第6页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五第7页，共21页，2022年，

3、5月20日，12点7分，星期五载体特点载 体：陶瓷或合金（2-4m2/g）陶瓷载体：主要是MgO2（14 %)、AI2O3 （36 %) 和SiO2 （50%)和少量Na2O、Fe2O3、 CaO(通常是圆柱体或椭圆体)特点：抗热冲击性能好，热膨胀系数低，压力降低，强度高、比表面积大，适合高温条件。合金载体：不锈钢、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等（蜂窝状）特点：机械强度大、传热性、抗震性好、寿命长、压降低缺点：成本高、重量大 第8页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五第二载体涂 层: 具有高比表面的无机氧化物涂层 20-100m2/g，也叫第二载体 常用Al2O3、SiO2、

4、MgO、CeO2、ZrO2等及复合物对涂层的要求 1) 有较高的热稳定性 2）增强涂层中某重要组分的热稳定性。如Al2O3 3）协助或改善催化组分的功能 CeO2、ZrO2 、La2O3是首选的涂层辅助材料 CeO2：良好的储氧化合物 2CeO2 Ce2O3+0.5O2 ZrO2：可与CeO2形成固溶体提高热稳定性 La2O3：改善Pd的催化性能，增加NO吸附，促进CO，HC与水的反应等第9页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五贵金属活性组分早期：Fe、Co、Ni等铁系过渡元素-效果不理想目前：Pt、Rh、Pd等效果好 贵金属与过渡金属相比： 活性高 分散性好 耐毒性强第10

5、页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五第11页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五 Pt : 能有效促进CO、HC氧化，促进水煤气的变换反应 但对促进NOx还原能力不及Rh，但还原气氛中易使 NOx还原成NH3。 Rh: 是催化NOx的主要组分，在氧化气氛下还原为N2。 高温时的主要产物是N2，低温、无氧产物主要是NH3 氧浓度较高时,不能对NOx进行有效的还原。 对CO氧化及HC的水蒸气重整也有明显催化作用 热稳定性、抗毒性不如Pt。贵金属的作用第12页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五Pd : 起燃活性好、热稳定性高， 能有效促进CO

6、、HC转化 但铅和硫比较敏感 高温下会与Pt、Rh形成合金，阻碍Rh的活性。 三种贵金属的催化作用是相互协调的，互补的！三效催化剂的失活 实际工况：复杂（温度、空速、组成、流动条件等） 失活类型 可逆：通常在低温条件下 不可逆：通常在高温条件下，中毒第13页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五第14页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五静态源净化处理催化技术氮氧化物(NOx)是常见的5种氮的氧化物的统称，包括N2O、NO、N2O3、NO2和N2O5，其中NO和NO2在大气环境中的比例最高，是现今大气中的主要污染物之一。NOx的存在会引起光化学烟雾、酸雨、温室

7、效应和臭氧层破坏等重大环境问题，同时具有生物呼吸毒性，对生态环境和人类健康造成了巨大的危害。消除NOxNOx催化分解选择性催化还原法（SCR法）效率达99%第15页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五选择性催化还原法 SCRSCR是指在氧气和非均相催化剂存在条件下，用还原剂NH3将烟气中的NOx还原为无害的氮气和水的工艺。这种工艺之所以称作选择性，是因为还原剂NH3优先与烟气中的NOx反应，而不是被烟气中的O2氧化。烟气中O2的存在能促进反应，是反应中不可缺少的部分。经验和实践证明，SCR是脱除燃煤烟气中氮氧化物最有效的方法。第16页，共21页，2022年，5月20日，12点

8、7分，星期五 反应原理 SCR是以氨为还原剂，液氨或氨水由蒸发器蒸发后喷入系统中，烟气温度约290400在催化剂的作用下，氨气将烟气中的NOx还原为氮气和水。其化学反应方程式为：（主导地位）第17页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五 NH3一般不与O2反应，但NOx完全还原后便可反应 4NH3+5O24NO+6H2O 4NH3+3O22N2+6H2O 2 NH3+2O2N2O+3H2O 温度对还原反应影响极大 T300， NH3与O2反应显著 T210 ，易生成亚硝铵和硝铵 2NH3+2NO2+2H2ONH4NO2+ NH4NO3 易堵塞管道引起爆炸 第18页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五第19页，共21页，2022年，5月20日，12点7分，星期五各类催化剂的性能比较如下表所示催化剂离子交换的沸石分子筛贵金属负载型金属氧化物催化活性中-高高中-高选择性高低高活性温度高低较高活性温度窗口中狭窄中H2O对活性的抑制很强弱中SO2对活性的抑制中弱中第20页，