第十章 催化转化法净化气态污染物

第十章催化转化法净化气态污染物第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期五电除尘器设计步骤设计主要计算哪些参数？集尘极面积A,电场断面面积F,电场通道个数n,电场长度L设计前需要已知哪些参数？含尘气体流量，除尘效率，驱进速度，电场风速驱进速度和电场风速如何确定？1）查表确定2）由处理相同含尘气体的电场得到第二页，共二十六页，编辑于2023年，星期五不同粉尘的有效驱进速度粉尘种类驱进速度（cm/s）电场风速（m/s）热电站飞灰5.0-151.2-2.4纸浆及选纸6-100.9-1.8高炉9.7-11.32.7-3.6第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期五1）确定有效驱进速度和电场风速2）根据德意希公式计算集尘板总面积A3）由处理风量Q和过滤风v速确定电场断面面积F第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期五4）由断面面积F，集尘极间距b和高度H确定通道个数n5）由集尘板总面积A和电场高度H确定电场长度第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期五第十章催化转化法净化气态污染物一.催化基本概念二.催化剂的性能三.催化剂的制备第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期五一催化作用基本概念催化剂改变化学反应速率和方向而本身又不参加反应的物质叫催化剂催化转化法利用催化剂的催化作用，将废气中的有害物质转化为无害物质，或者转化为比原来状态更容易去除的化合物而加以净化的方法催化作用的重要特征催化作用只能加速化学反应速度，缩短达到平衡状态的时间，不改变平衡常数，不能使不可能成立的化学反应发生第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期五催化反应分类—催化剂与反应物产物所处的状态1）多相催化催化剂和反应物处于不同种物相气固相2）均相催化催化剂和反应物处于同种物相液相第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期五多相催化反应在多相催化反应中，催化剂和反应物在相界面上的接触是最为重要的，接触是由反应物吸附在催化剂表面上完成的活性中心吸附发生在催化剂表面上的吸附能力特别高的区域，称为活性中心催化剂活性与单位面积上的活性中心数量和有效总面积有关第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期五催化反应过程及“控制步骤”催化反应过程：1）反应物从流体主体向固体催化剂外表面扩散2）反应物由外表面向内表面扩散，到达活性中心3）反应物在催化剂表面上吸附4）反应物在催化剂表面上进行反应表面催化过程5）产物从催化剂表面上脱附6）产物从催化剂内表面扩散到催化剂外表面内扩散7）产物从催化剂外表面扩散到气流主体中外扩散表面催化过程与反应物、生成物浓度有关，与催化剂性能、反应温度有关---化学动力学过程第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期五二催化剂的性能（图示）

1.催化剂形态和组成催化剂形态：一种物质或者多种物质组成；气态，液态和固态固体催化剂组成：活性组分+助催化剂+载体1）活性组分---也称主催化剂，是催化剂起催化作用的主要成分，活性组分可作为催化剂单独使用2）助催化剂---也称助剂/促进剂，本身无催化活性，但加入后可大大提高主催化剂的活性、选择性和寿命3）载体---承载活性组分和助催化剂第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期五2.催化剂载体什么是载体？催化剂仅在厚度为20-30nm处起作用，因此常把催化剂负载在具有较大表面积的惰性物质上---称为载体为什么要使用载体？1.使用载体可以节约催化剂，提高活性组分的分散度和有效表面积，提高其活性2.载体增强催化剂的机械强度3.使催化在使用过程中，不会出现体积收缩4.避免催化剂活性组分在高温下的烧结，延长其使用寿命载体使用前经过什么处理？载体在使用前要经过酸洗/碱洗，水洗和煅烧，去除杂质并使催化剂在使用温度条件下具有一定的稳定性。第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期五载体的选择原则？1）考虑载体组分可能具有催化活性2）考虑载体组分的多孔性和表面积大小3）考虑载体的导热性能---局部过热，产率下降4）考虑载体的机械强度---固定床，流化床5）载体在反应条件下的稳定性---不分解，不变形，不反应可以做载体的都有哪些物质？通常采用具有巨大表面积的惰性材料作为载体，如氧化铝、陶土、活性炭、硅藻土等第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期五3催化剂性能

3.1活性活性---衡量催化剂效能大小的标准，对反应物的转化能力催化剂活性的表示方法：1）工业上以单位体积或重量催化剂在一定的反应物浓度、温度、压力下单位时间内所转化的产品数量A-催化剂活性，kg/h.gW-产品质量kgWR-催化剂质量τ-反应时间h第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期五2）实验室采用比活性A比式中A比---催化剂的比活性（kg/h.m2）S比---催化剂的比表面（m2/g）影响比活性的因素：催化剂的化学组成和结构，表面积细孔的数目和大小，次要组分和杂质的含量和分布催化剂的制作方法和生产条件第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期五3.2催化剂的选择性

选择性---对于某一化学反应在理论上有几个方向时，催化剂只对其中一个方向其加速作用，称为催化剂的选择性例如：第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期五3.3催化剂的稳定性催化剂在化学反应过程中保持其活性的能力称为催化剂的稳定性影响稳定性的因素1）老化催化剂在正常工作条件下逐渐失去活性的过程，一般温度越高，老化速度越快2）中毒微量外来物质的存在使得催化剂的活性和选择性大大降低，外来物质称为催化剂毒物暂时性中毒---用水蒸气吹洗再生中毒

永久性中毒---活性中心被破坏，无法修复第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期五老化的本质---活性组分1）含尘气流的冲刷作用，使得催化剂表面磨损，活性组分流失2）局部温度过热，使得催化剂多孔结构被熔毁烧结；低熔点的活性组分流失3）内部杂质向表面迁移，阻碍活性组分与反应物的接触4）在冷热交替的作用下机械粉碎5）积炭第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期五中毒的本质？引起催化剂中毒的化学本质是由于活性组分对毒物有更强的亲和力1）暂时性中毒，亲和力较弱，通过水蒸气就可以将毒物驱离催化剂表面，使其恢复活性2）永久性中毒，亲和力强，无法将毒物驱离第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期五催化剂再生再生是指催化剂在使用一段时间之后由于催化剂的暂时性中毒或者老化，使催化剂失去了活性或者活性降低了，我们需要经过一系列的工艺处理来恢复活性，这就是再生，比如烧焦、水蒸汽及溶剂冲洗等。第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期五催化剂寿命寿命---催化剂投入运行后，到中毒和老化失去活性需要更换的时间理论上，寿命是无限的实际上，由于受外界条件的影响，其表面和内部结构发生变化，从而失去活性第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期五三催化剂的制备1.基本原料的选择2.杂质的去处3.提纯后的物质通过反应转变为化合物，化合物为颗粒或者薄膜状，沉积在多孔性载体上①化学浸渍法将活性组分制成溶液，浸渍已成型的载体，再经干燥和灼烧制成的催化剂；制备催化剂的最简便方法，活性组分多数情况下仅仅分布在载体表面上，利用率高、用量少、成本低②混捏法：将活性组分和载体采用物理的方法混捏在一起，处理成型后制的催化剂，活性组分利用率低③共沉淀法：4.活化氧化态还原态---需要活化第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期五第十章催化转化法净化气态污染物一环境工程中使用的催化剂的要求二催化反应类型第二十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期五一环境领域对催化剂的要求：在环境领域对催化剂的性能都有哪些要求？1）要求处理后有害物质含量降到ppm或ppb级，催化剂具有较高的去处效率2）被处理气体或液体中，含有粉尘、重金属。硫化物等，催化剂应具有较高的抗毒性，高化学稳定性3）要求处理气体或液体量大，催化剂要能承受流体冲刷和压力降4）催化设备结构简单，催化剂可再生性能强第二十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期五二催化反应类型根据利用催化反应将有害物氧化或是还原的不同，催化转化法可分为催化氧化法和催化还原法1.催化氧化法在催化剂的作用下，利用氧化剂将废气中的有害物质氧化为无害物质或是更容易去除的物质例如：1）一氧化氮不容易被水吸收，在活性炭催化剂的作用下，氧化为二氧化氮，通入吸收塔吸收处理2）冶金或电力行业中SO2浓度较低，不能直接制酸，采用湿式活性炭吸附尾气中二氧化硫，吸附增加浓度