氣態(tài)污染物凈化-催化轉(zhuǎn)化原理及工藝（大氣污染控制技術(shù)）

氣態(tài)污染物凈化基礎(chǔ)催化轉(zhuǎn)化法學(xué)習要求掌握催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物的基本原理；掌握催化劑的選擇原則；能夠根據(jù)廢氣特征選擇適宜的凈化方法；能夠闡述在實際工程中應(yīng)用廣泛的催化凈化設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點及操作要點。

本次課學(xué)習內(nèi)容催化轉(zhuǎn)化原理催化劑催化轉(zhuǎn)化器

催化轉(zhuǎn)化法凈化氣態(tài)污染物是利用催化劑的催化作用，將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物質(zhì)或易于去除物質(zhì)的方法。催化轉(zhuǎn)化法對不同濃度的污染物都有比較高的轉(zhuǎn)化率，操作過程簡單，該法已成功應(yīng)用于脫硫、脫硝、汽車尾氣凈化和有機廢氣凈化等方面。

催化轉(zhuǎn)化原理在化學(xué)反應(yīng)中加入某種物質(zhì)（催化劑），使反應(yīng)速率發(fā)生明顯變化而該物質(zhì)的量和化學(xué)性質(zhì)均不變，這種作用稱為催化作用。催化作用可增加反應(yīng)速率（正催化）、降低反應(yīng)速率（負催化），或使反應(yīng)按特定途徑進行。一般所說的催化作用多指正催化。催化轉(zhuǎn)化原理催化作用兩個重要特征1、催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，對于可逆反應(yīng)而言，其對正逆反應(yīng)速率的影響是相同的，因而只能改變到達平衡的時間，既不能使平衡移動，也不能使熱力學(xué)上不可能發(fā)生的反應(yīng)發(fā)生。2、催化作用有特殊的選擇性，一種催化劑在不同的化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出明顯不同的活性，而對相同的反應(yīng)物，選擇不用的催化劑就可得到不同的產(chǎn)物。催化轉(zhuǎn)化原理催化氧化催化還原催化氧化法凈化就是讓廢氣中的污染物在催化劑作用下被氧化成非污染物或更易于處理的物質(zhì)。例如NO氧化成NO2；高濃度的SO2尾氣氧化成SO3，然后用水吸收成H2SO4。催化燃燒也是一種催化氧化反應(yīng)。催化還原法凈化是讓廢氣中的污染物在催化劑作用下，與還原性氣體反應(yīng)轉(zhuǎn)化為非污染物。例如NO2在Pt或稀土等催化劑作用下，可被甲烷、氫、氨等還原為N2。催化轉(zhuǎn)化原理催化劑所含組分：活性物質(zhì)：對改變化學(xué)反應(yīng)速度作出貢獻的組分。助催化劑：存在于催化劑基本成分中的添加劑。載體：承載活性物質(zhì)和助催化劑的物質(zhì)。1、催化劑特征及其組分催化劑常用的載體材料有氧化鋁、鐵礬土、石棉、陶土、活性炭、金屬等。載體的形狀可以是網(wǎng)狀、球狀、柱狀、蜂窩狀（阻力小，比表面積大，填放方便）等。催化劑和助催化劑可采用噴涂和浸漬等方法附于載體表面。

催化劑2、催化劑性能①催化劑活性：催化劑的活性是衡量催化劑催化效能大小的標準。②催化劑選擇性：催化劑的選擇性是指只對特定反應(yīng)起催化作用的特性。③催化劑穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性、抗毒性催化劑催化劑失活原因：機械的、物理的和化學(xué)的三類。機械的原因主要是含塵氣體沖涮，引起催化劑磨損，和不能參加反應(yīng)的顆粒物在催化劑表面的沉積，將其覆蓋。物理的原因主要是溫度過高使催化劑熔化，破壞了多孔物質(zhì)（即燒結(jié)），甚至引起燒蝕。催化劑化學(xué)的原因主要是某些物質(zhì)（如硫、砷、重金屬）與活性中心牢固結(jié)合，或者某些重化合物（氣體中含有或副反應(yīng)產(chǎn)生）在催化劑表面積累，而使活性下降，直至失活。前兩種原因引起的失活過程稱為催化劑衰老，后一種稱為催化劑中毒。催化劑3、催化劑的選擇要求

①具有極高的凈化效率，使用無二次污染；②具有較高的機械強度；③具有較高的耐熱性和熱穩(wěn)定性；④抗毒性強；⑤化學(xué)穩(wěn)定性好、選擇性高。

催化劑反應(yīng)器類型固定床和流化床兩類。流化床反應(yīng)器是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，它具有傳熱效率高、溫度分布均勻、氣固接觸面積大和傳質(zhì)速率高等優(yōu)點，但它的動力消耗也大，催化劑容易磨損流失，因此在污染治理中的實際應(yīng)用并不多，目前應(yīng)用最廣的仍是固定床反應(yīng)器。催化轉(zhuǎn)化器

單段式絕熱反應(yīng)器多段式絕熱反應(yīng)器列管式固定床反應(yīng)器徑向固定床反應(yīng)器

流化床5、催化反應(yīng)器固定床催化轉(zhuǎn)化器單段絕熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，氣流阻力小，反應(yīng)器體積小、利用率高，因此適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較小，反應(yīng)溫度允許波動范圍較寬的反應(yīng)過程。為能在一定程度上調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，發(fā)展了多段絕熱反應(yīng)器

催化轉(zhuǎn)化器管式反應(yīng)器屬換熱式反應(yīng)器，與外界有熱量交換。管式反應(yīng)器傳熱效果好，適用于床溫分布嚴格，反應(yīng)熱特別大的情況，但管式反應(yīng)器的缺點是催化劑的裝填困難。

催化轉(zhuǎn)化器新發(fā)展的徑向反應(yīng)器（薄層反應(yīng)器）可采用細粒催化劑提高催化劑的有效系數(shù)，并具有廢氣通氣面積大，壓降小的特點，適用于處理大流量廢氣，是單層絕熱反應(yīng)器的一種特殊形式。催化轉(zhuǎn)化器催化反應(yīng)器的選型原則①根據(jù)催化反應(yīng)熱效應(yīng)的大小、反應(yīng)對溫度的敏感程度以及催化劑的活性溫度范圍，選擇反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型，保證床層具有適宜的溫度分布。②在滿足上述溫度條件的前提下，應(yīng)盡量使催化劑的裝填系數(shù)大以提高設(shè)備的利用率。③床層阻力應(yīng)盡量小，這對氣態(tài)污染物的凈化尤為重要。④在滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，力求反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，造價低廉，安全可靠。催化轉(zhuǎn)化器由于催化法凈化氣態(tài)污染物所處理的廢氣風量大，污染物的濃度低，