大气污染控制工程 第10章 催化转化法净化气态污染物专业课教材

第10章催化转化法催化转化法是利用催化剂的作用，将废气中的有害物质转变为无害物质或易于回收物质的操作方法。采用催化法能去除的气态污染物有SO2、NOx、CO等，特别适用于汽车尾气中CO、CH化合物和NOx的净化。

一.催化原理

催化是利用催化剂的作用，改变反应途径，降低反应的活化能，使反应容易进行，提高反应速度，降低达到平衡的时间；或改变反应方向，使反应向着特定的方向进行。二.催化剂催化剂是参与了化学反应，改变了反应速度，而反应前后其本身的化学性质和物质量均不发生变化的物质。通常对催化剂的要求是：①具有较高的催化性能，能明显的改变速度或改变反应方向；②具有较高的机械性能，不易破损失效；③具有较高的耐热性，高温下不易变形或烧毁；④不易中毒，使用寿命长；⑤化学稳定性好，选择性强。1.催化剂的组成工业用固体催化剂主要由活性物质、助催化剂和载体组成。活性物质是催化作用的主体，是保证催化作用的关键；助催化剂是存在于催化剂成分中的添加剂，其本身没有活性，但当它与活性物质共存时，能显著的增强催化剂的催化性能；载体是承载活性物质和助催化剂的多孔性物质，其作用是提高活性组分的分散度，使催化剂的作用面积增大，提高催化性能，载体还能使催化剂具有一定的形状和粒度，保证其机械强度。2.催化剂的性能描述催化剂性能的指标有活性、选择性和稳定性等。（1）催化剂的活性：是衡量催化剂性能的指标。工业催化剂的活性常用单位量催化剂在单位时间所得到的产品质量来表示。表示式为：A=m1/tm2式中A-催化剂的活性，kg/(h.g)m1-产品产量，kgm2-催化剂的质量，gt-反应时间，h有时也可以用产率或净化效率来表示催化剂的活性。为真实表示不同组成催化剂的催化性能，引入比活性的概念。比活性是指单位面积催化剂所呈现的催化活性，若总活性为A，催化剂表面积为S，则比活性A0=A/S。（2）催化剂的选择性：（2）催化剂的选择性：如果化学反应可能向几个方向进行，而催化剂只能对其中的某一反应起催化作用，称为催化剂的选择性。在实际工作中，可以根据目标产物确定合适的催化剂。（3）催化剂的稳定性：（3）催化剂的稳定性：催化剂参与催化反应，并保持催化活性的能力称为稳定性。稳定性受温度、催化剂的机械性能、化学反应性能和操作条件的影响。通常可以用催化剂的寿命来表示其稳定性。催化剂稳定性降低的标志是催化剂的中毒老化，造成活性下降。一般温度越高，催化剂老化速度越快；气体中含有杂质会造成催化剂中毒；气体中含有如HCN、CO、H2S、As、Hg、Pb等化学物质，也会造成催化剂的中毒老化。催化剂的中毒分为暂时中毒和永久中毒两种。对于前者可以通过通入蒸气加以恢复，而对于后者恢复难度大，应该加以避免。三.催化流程和设备催化净化有害气体采用的反应器有固定床反应器和流化床反应器两种，主要采用固定床反应器。固定床反应器的优点在于：①反应速度快；②催化剂用量少；③速度、温度便于控制；④催化剂不易碰撞磨损，使用寿命长。缺点是传热性能差，反应中的热量不易导出。按照反应器的结构，固定床反应器分为管式和径向两种，按照反应器的温度条件，分为等温式、绝热式和非绝热式三种，绝热反应器又分为一段式和多段式。）一段式绝热反应器(b)两段式绝热反应器常见吸附流程如图(a)所示为一段式绝热反应器。被净化气体从上部引入，经过分布器均匀分布于催化剂床层，反应后的气体经下部出气口引出。多段式绝热反应器是将多个单层绝热床层串联起来，反应的热量由两个相邻床层中间导入或导出，使反应在合适的温度下进行，提高催化效果。如图(b)所示为两段式绝热反应器。管式固定床反应器属于非绝热式反应器，其结构如图所示，分为多管式和列管式。在列管反应器中（如图(a)所示），催化剂在管间放置，热载体或冷却剂由管内通过。在多管反应器中(如图(b)所示)，催化剂填充在管内，载热体或冷却剂在管外流动。与多管式反应器比较，列管式反应器催化剂的装载量大，反应面积大，传热性能好，但催化剂的装填不太方便，当催化剂不易失效时，可以优先采用。习题4.31.填空题（1）催化剂的组成包括

、

和

；（2）催化剂的性能由

、

、

等来描述；（3）适合利用催化法净化的污染物是