氣態(tài)污染物控制技術(shù)3

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,第七章 氣,態(tài),態(tài)污染物控,制,制技術(shù)基礎(chǔ)(3),催化法凈化,氣,氣態(tài)污染物,催化作用和,催,催化劑,氣固催化反,應(yīng),應(yīng)動力學(xué),氣固相催,化,化反應(yīng)器的,設(shè),設(shè)計,第四節(jié)催化法凈化,氣,氣態(tài)污染物,氣體催化,含,含有污染物,的,的氣體通過,催,催化床層發(fā),生,生催化反應(yīng),，,，使污染物,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)化為無害,或,或易于處理,與,與回收利用,物,物質(zhì)的凈化,方,方法。,應(yīng)用,工業(yè)尾氣和,煙,煙氣去除SO,2,和NO,x,；,有機揮發(fā)性,氣,氣體VOCs和臭氣的,催,催化燃燒凈,化,化；,汽車尾氣的,催,催化凈化。,

2、煙氣脫硫催,化,化凈化工藝,段間冷卻的四層催化床,第二級,催化床,預(yù)除塵和水分,填充床吸收塔,填充床吸收塔,來自冶煉廠或硫磺燃燒的富含SO,2,的尾氣,水,含有約為初始進氣SO,2,濃度3%的尾氣,含有約為初始進氣SO,2,濃度0.3%的尾氣,水,單級吸收工藝,二級吸收工藝,SO,2,單級和二級凈化工藝的流程圖,催化反應(yīng)：420550,VOCs催,化,化凈化工藝,催化劑：Pt(Pd,，,，過渡金屬,，,，稀土)/Al,2,O,3,等,VOCs的催化氧化,NOx催化,凈,凈化工藝,NO,x,NH,3,filter,Combustor,Mixer,Reactor,NO,x,的選擇性催化還原（SCR

3、）,汽車尾氣催,化,化凈化工藝,車用催化轉(zhuǎn),化,化器,1 氣體催,化,化凈化,催化作用:化學(xué)反,應(yīng),應(yīng)速度因加,入,入某種物質(zhì),而,而改變，而,被,被加入物質(zhì),的,的數(shù)量和性,質(zhì),質(zhì)，在反應(yīng),終,終了時不變,的,的作用。,改變反應(yīng)歷,程,程，降低活,化,化能；,提高反應(yīng)速,率,率：,（,阿累尼烏斯,方,方程,）。,催化作用顯,著,著特征,改變反應(yīng)速,度,度，對于正,逆,逆反應(yīng)的影,響,響相同，不,改,改變化學(xué)平,衡,衡；,選擇性,2 催化劑,加速化學(xué)反,應(yīng),應(yīng)，而本身,的,的化學(xué)組成,在,在反應(yīng)前后,保,保持不變的,物,物質(zhì)。,組成,活性組分,助催化,劑,劑 載,體,體,活性組分：,是,是催化

4、劑主,體,體，單獨對,化,化學(xué)反應(yīng)起,催,催化作用，,可,可作為催化,劑,劑單獨使用,。,。,助催化劑:,本,本身無活性,，,，但具有提,高,高活性組分,活,活性的作用,。,。,載體:起承,載,載活性組分,作,作用，使催,化,化劑具有合,適,適形狀與粒,度,度，大的比,表,表面積，增,大,大活性、減,少,少用量，增,加,加機械強度,，,，延長壽命,等,等。,3 催化劑,的,的性能,活性：是衡,量,量催化劑效,能,能大小的指,標,標。,W,產(chǎn)品質(zhì)量,W,R,催化劑質(zhì),量,量,t,反應(yīng)時間,催化劑的性,能,能,穩(wěn)定性：催,化,化劑在化學(xué),反,反應(yīng)過程中,保,保持活性的,能,能力。,熱穩(wěn)定性、,機,

5、機械穩(wěn)定性,和,和化學(xué)穩(wěn)定,性,性,表示方法：,壽,壽命,老化,活性組分的,流,流失、燒結(jié),、,、積炭結(jié)焦,、,、機械粉碎,等,等,中毒：,暫時性和永,久,久性中毒,對大多數(shù)催,化,化劑，毒物,：,：CO、H,2,S、S、As、Pb,、,、HCN,催化劑表面,形,形態(tài)電鏡照,片,片,4 氣固催,化,化反應(yīng)動力,學(xué),學(xué),反應(yīng)過程：7個步驟,(1)反應(yīng),物,物從氣流主,體,體至催化劑,外,外表面,(2)進一,步,步向催化劑,的,的微孔內(nèi)擴,散,散,(3)反應(yīng),物,物在催化劑,的,的內(nèi)表面上,被,被吸附,(4)吸附,的,的反應(yīng)物轉(zhuǎn),化,化為生成物,(5)生成,物,物從催化劑,表,表面脫附下,來,來,

6、(6)脫附,生,生成物從微,孔,孔向外表面,擴,擴散,(7)生成,物,物從外表面,擴,擴散到氣流,主,主體,(1),(7)：外擴,散,散；(2),(6)內(nèi),擴,擴散,(3),(4),(5)：動力學(xué),過,過程,主氣流,微孔,固相,催化劑粒子示意圖,催化劑反應(yīng),動,動力學(xué),球形催化劑,中,中組分A的,濃,濃度分布,催化劑反應(yīng),動,動力學(xué),催化劑反應(yīng),動,動力學(xué),反應(yīng)速度取,決,決于帶,反應(yīng)(最慢,反,反應(yīng))，其,它,它都達到平,衡,衡,例：AB,RS,表面反應(yīng)控制 吸附或脫附控制,A的吸附：,B的吸附：,表面反應(yīng)：,R的脫附：,S的脫附：,5 催化反,應(yīng),應(yīng)動力學(xué)方,程,程,（1）表面,化,化學(xué)反

7、應(yīng)速,率,率方程：,對于氣固催,化,化連續(xù)系統(tǒng),對于催化床,N,A,反應(yīng)物,A,的流量，kmol/h,N,A0,反應(yīng)物,A,的初始流量,，,，kmol/h,S,R,反應(yīng)表面,積,積，m,2,V,R,反應(yīng)氣體,體,體積，m,3,W,R,催化劑重,量,量，kg,x,轉(zhuǎn),化,化率,L,反,應(yīng),應(yīng)床,長,長度,，,，m,A,反,應(yīng),應(yīng)床,截,截面,積,積，m,2,Q,反,應(yīng),應(yīng)氣,體,體流,量,量，m,3,t,接,觸,觸時,間,間，h,c,A0,反,應(yīng),應(yīng)物,的,的初,始,始濃,度,度,kmol/m,3,催化,反,反應(yīng),動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,宏觀,動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,（2,）,）外,擴,

8、擴散,的,的傳,質(zhì),質(zhì)速,率,率方,程,程：,催化,反,反應(yīng),動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,宏觀,動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,（3,）,）內(nèi),擴,擴散,反,反應(yīng),速,速率,方,方程,：,：,催化,反,反應(yīng),動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,催化,劑,劑有,效,效系,數(shù),數(shù),反應(yīng),催,催化,劑,劑微,孔,孔內(nèi),濃,濃度,分,分布,對,對反,應(yīng),應(yīng)速,率,率的,影,影響,在內(nèi),擴,擴散,的,的影,響,響下,催化,劑,劑微,孔,孔內(nèi),表,表面,上,上反,應(yīng),應(yīng)物,很,很低,，,，沿,微,微孔,方,方向,降,降至,平,平衡,濃,濃度,催化,劑,劑內(nèi),表,表面,積,積并,未,未充,分,分利,用,用,值較,小,小

9、,催化,反,反應(yīng),動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,催化,劑,劑有,效,效系,數(shù),數(shù),實驗,測,測定,催化,反,反應(yīng),動,動力,學(xué),學(xué)方,程,程,催化,劑,劑有,效,效系,數(shù),數(shù),一級,不,不可,逆,逆反,應(yīng),應(yīng),6,內(nèi),內(nèi)外,擴,擴散,的,的影,響,響,外擴,散,散控,制,制,降低,催,催化,劑,劑表,面,面反,應(yīng),應(yīng)物,濃,濃度,，,，從,而,而降,低,低反,應(yīng),應(yīng)速,度,度,表現(xiàn),因,因數(shù),：,：,K,G,消除,方,方法,：,：,提高,氣,氣速,，,，以,增,增強,湍,湍流,程,程度,，,，減,小,小邊,界,界層,厚,厚度,；,；,氣速,提,提高,到,到一,定,定程,度,度，,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)化,率,率

10、趨,于,于定,值,值，,外,外擴,散,散影,響,響消,除,除,下,限,限流,速,速。,內(nèi)外,擴,擴散,的,的影,響,響,內(nèi)擴,散,散控,制,制,降低,催,催化,劑,劑內(nèi),反,反應(yīng),物,物濃,度,度，,從,從而,降,降低,反,反應(yīng),速,速度,表現(xiàn),因,因數(shù),：,：,消除,方,方法,：,：,盡量,減,減小,催,催化,劑,劑顆,粒,粒大,小,?。?粒徑,減,減小,到,到一,定,定程,度,度，,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)化,率,率趨,于,于定,值,值，,內(nèi),內(nèi)擴,散,散影,響,響消,除,除。,7,催,催化,反,反應(yīng),器,器的,設(shè),設(shè)計,設(shè)計,基,基礎(chǔ),停留,時,時間,決定,反,反應(yīng),的,的轉(zhuǎn),化,化率,；,；,由催,化,

11、化床,的,的空,間,間體,積,積、,物,物料,的,的體,積,積流,量,量和,流,流動,方,方式,決,決定,催化,反,反應(yīng),器,器的,設(shè),設(shè)計,設(shè)計,基,基礎(chǔ),反應(yīng),器,器的,流,流動,模,模型,活塞,流,流、,混,混合,流,流；,實際,流,流態(tài),介,介于,兩,兩者,之,之間,；,；,反應(yīng),器,器內(nèi),每,每一,點,點的,流,流態(tài),各,各不,相,相同,，,，停,留,留時,間,間各,異,異,不同,停,停留,時,時間,的,的物,料,料在,總,總量,中,中所,占,占的,分,分率,具,具有,相,相應(yīng),的,的統(tǒng),計,計分,布,布停留,時,時間,分,分布,函,函數(shù),；,；,工業(yè),上,上，,連,連續(xù),釜,釜式,

12、反,反應(yīng),器,器,理,理想,混,混合,反,反應(yīng),器,器；,徑,徑高,比,比大,的,的固,定,定床,活,塞,塞流,反,反應(yīng),器,器。,催化,反,反應(yīng),器,器的,設(shè),設(shè)計,設(shè)計,基,基礎(chǔ),空間,速,速度,單位,時,時間,通,通過,單,單位,體,體積,催,催化,床,床的,反,反應(yīng),物,物料,體,體積,催化,反,反應(yīng),器,器的,設(shè),設(shè)計,經(jīng)驗,計,計算,法,法,將催,化,化床,作,作為,一,一個,整,整體,；,；,利用,經(jīng),經(jīng)驗,參,參數(shù),設(shè),設(shè)計,；,；,通過,中,中間,實,實驗,確,確定,最,最佳,工,工藝,條,條件,；,；,催化,反,反應(yīng),器,器的,設(shè),設(shè)計,數(shù)學(xué),模,模型,法,法,反應(yīng),的,的

13、動,力,力學(xué),方,方程,物,物料,流,流動,方,方程,物,料,料衡,算,算,熱,熱量,衡,衡算,反應(yīng),熱,熱效,應(yīng),應(yīng)小,的,的催,化,化床,等溫,分,分布,計,計算,催化,反,反應(yīng),器,器的,設(shè),設(shè)計,數(shù)學(xué),模,模型,法,法,轉(zhuǎn)化,率,率較,高,高的,工,工業(yè),反,反應(yīng),器,器，,溫,溫度,分,分布,具,具有,明,明顯,的,的軸,向,向溫,差,差,軸向,等,等溫,分,分布,計,計算,固定,床,床反,應(yīng),應(yīng)器,最主,要,要的,氣,氣固,相,相催,化,化反,應(yīng),應(yīng)器,優(yōu)點:,流體,接,接近,于,于平,推,推流,，,，返,混,混小,，,，反,應(yīng),應(yīng)速,度,度較,快,快；,固定,床,床中,催,催化,

14、劑,劑不,易,易磨,損,損，,可,可長,期,期使,用,用；,停留,時,時間,可,可嚴,格,格控,制,制，,溫,溫度,分,分布,可,可適,當,當調(diào),節(jié),節(jié)，,高,高選,擇,擇性,和,和轉(zhuǎn),化,化率,。,。,缺點:,傳熱,差,差(,熱,熱效,應(yīng),應(yīng)大,的,的反,應(yīng),應(yīng)，,傳,傳熱,和,和溫,控,控是,難,難點)；,催化,劑,劑更,換,換需,停,停產(chǎn),進,進行,。,。,固定,床,床反,應(yīng),應(yīng)器,單層,絕,絕熱,反,反應(yīng),器,器,結(jié)構(gòu),簡,簡單,，,，造,價,價低,廉,廉，,氣,氣流,阻,阻力,小,??；,內(nèi)部,溫,溫度,分,分布,不,不均,；,；,用于,化,化學(xué),反,反應(yīng),熱,熱效,應(yīng),應(yīng)小,的,的場

15、,合,合。,固定,床,床反,應(yīng),應(yīng)器,多段,絕,絕熱,反,反應(yīng),器,器,相鄰,兩,兩段,之,之間,引,引入,熱,熱交,換,換,(a)直接換熱,(b)間接換熱,固定,床,床反,應(yīng),應(yīng)器,列管,式,式反,應(yīng),應(yīng)器,用于,對,對反,應(yīng),應(yīng)溫,度,度要,求,求高,，,，或,反,反應(yīng),熱,熱效,應(yīng),應(yīng)很,大,大的,場,場合,。,。,其他,反,反應(yīng),器,器,徑向,反,反應(yīng),器,器,薄層,床,床反,應(yīng),應(yīng)器,自熱,式,式反,應(yīng),應(yīng)器,反應(yīng),器,器類,型,型的,選,選擇,根據(jù),反,反應(yīng),熱,熱的,大,大小,和,和對,溫,溫度,的,的要,求,求，,選,選擇,反,反應(yīng),器,器的,結(jié),結(jié)構(gòu),類,類型,；,；,盡量,

16、降,降低,反,反應(yīng),器,器阻,力,力；,反應(yīng),器,器應(yīng),易,易于,操,操作,，,，安,全,全可,靠,靠；,結(jié)構(gòu),簡,簡單,，,，造,價,價低,廉,廉，,運,運行,與,與維,護,護費,用,用經(jīng),濟,濟。,固定,床,床的,阻,阻力,計,計算,顆粒,固,固定,床,床，,歐,歐根,（,（Ergun,）,）公,式,式：,固定,床,床的,阻,阻力,計,計算,實際,計,計算,應(yīng),應(yīng)根,據(jù),據(jù)溫,度,度和,流,流量,的,的變,化,化，,將,將床,層,層分,段,段計,算,算：,阻力,與,與床,高,高和,空,空塔,氣,氣速,的,的平,方,方成,正,正比,，,，即,與,與截,面,面積,的,的三,次,次方,成,成反,比,比；,與粒,徑,徑成,反,反比,；,；,與孔,隙,隙率,的,的三,次,次方,成,成反,比,比。,演講,完,完畢,，,，謝,謝,謝觀,看,看！,