催化法燃烧法精选课件.ppt
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1、关于催化法燃烧法第一页,本课件共有44页优优 点:点:对不同浓度的污染物具有很高转化率;对不同浓度的污染物具有很高转化率;污污染染物物与与主主气气流流不不需需要要分分离离,避避免免了了可可能能产产生生的第二次污染;的第二次污染;操作过程简化。操作过程简化。缺缺 点:点:催催化化剂剂较较贵贵,且且废废气气预预热热需需耗耗一一定定能能量量,这这样样使使净化处理的费用增加。净化处理的费用增加。第二页,本课件共有44页催化作用催化作用概概念念:化化学学反反应应速速度度因因加加入入某某种种物物质质而而改改变变,而而被被加加入入物物质质的的数数量量和和性性质质,在在反反应应终终止止时时不不变变的的作作用用
2、称称为为催催化化作作用。该物质就是催化剂,也叫触媒。用。该物质就是催化剂,也叫触媒。机机理理:通通过过加加入入催催化化剂剂,改改变变了了反反应应历历程程,降降低低了了反反应应物活化能,从而达到加快反应速度的目的。物活化能,从而达到加快反应速度的目的。3.3.两个显著的特征:两个显著的特征:1 1)催化剂能加速反应速度(正、逆)而不能使平衡移动;)催化剂能加速反应速度(正、逆)而不能使平衡移动;2 2)催化作用具有特殊的选择性。)催化作用具有特殊的选择性。第三页,本课件共有44页 例如反应例如反应A+BCA+BC是通过中间活性结合物是通过中间活性结合物(AB)(AB)过过渡而成的,即:渡而成的,
3、即:A+BABC A+BABC 其反应速度较慢。其反应速度较慢。当加入催化剂当加入催化剂K K后,反应从一条很容易进行的途后,反应从一条很容易进行的途径实现:径实现:A+B+2KAK+BKCK+KC+2K A+B+2KAK+BKCK+KC+2K 中间不再需要中间不再需要ABAB向向C C的过渡,从而加快了反的过渡,从而加快了反应速度,而催化剂并未改变性质。应速度,而催化剂并未改变性质。第四页,本课件共有44页催化剂催化剂加速化学反应,而本身的化学组成在反应前后保持加速化学反应,而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质不变的物质(一)(一)组成组成主活性组分:催化剂主体,可单独作为催化剂;主活性
4、组分:催化剂主体,可单独作为催化剂;助助催催化化剂剂:添添加加剂剂,单单独独使使用用没没有有活活性性,与与活活性性组分共存时能显著增强催化剂的催化活性。组分共存时能显著增强催化剂的催化活性。l例例如如:SOSO2 2氧氧化化为为SOSO3 3时时,在在所所用用的的V V2 2OO5 5催催化化剂剂中中加加入入K K2 2SOSO4 4,V V2 2OO5 5的催化活性大大提高。的催化活性大大提高。载体:用来承载活性物质和助催化剂。载体:用来承载活性物质和助催化剂。l常用载体:硅藻土、硅胶、分子筛、氧化铝等。常用载体:硅藻土、硅胶、分子筛、氧化铝等。净化气态污染物常用的催化剂:钒、铂、钯等。净化
5、气态污染物常用的催化剂:钒、铂、钯等。第五页,本课件共有44页(二)(二)催化剂的性能催化剂的性能主要指:其活性、选择性和稳定性主要指:其活性、选择性和稳定性第六页,本课件共有44页1 1活性活性 衡衡量量催催化化剂剂效效能能大大小小的的标标准准。工工业业上上,催催化化剂剂的的活活性性常常用用单单位位时时间间内内单单位位体体积积(或或质质量量)催催化化剂剂在在一一定定条条件件(温温度度、压压力力、空空速速和和反反应应物物质浓度)下,所得的产品量来表示。质浓度)下,所得的产品量来表示。公式表示为:公式表示为:式中:式中:A-A-催化剂活性,催化剂活性,kg/(h.g)kg/(h.g);W-W-产
6、品质量,产品质量,kgkg;t-t-反应时间,反应时间,h h;W WR R-催化剂质量,催化剂质量,g g。第七页,本课件共有44页2 2选择性选择性如如果果化化学学反反应应可可能能同同时时向向几几个个平平行行方方向向发发生生,催催化剂只对其中的某化剂只对其中的某个反应起加速作用。个反应起加速作用。活活性性与与选选择择性性是是催催化化剂剂本本身身最最基基本本的的性性能能指指标标,是是选选择择和和控控制制反反应应参参数数的的基基本本依依据据,二二者者均均可可度度量量催催化化剂剂加加速速化化学学反反应应速速度度的的效效果果,但但反反映映问问题题的角度不同。的角度不同。活性活性-催化剂对提高产品产
7、量的作用;催化剂对提高产品产量的作用;选择性选择性-表示催化剂对提高原料利用率的作用表示催化剂对提高原料利用率的作用第八页,本课件共有44页3 3稳定性稳定性定义:催化剂在化学反应过程中保持活性的能力定义:催化剂在化学反应过程中保持活性的能力 包括:(包括:(1 1)热稳定性;)热稳定性;(2 2)机械稳定性:)机械稳定性:(3 3)抗毒稳定性。)抗毒稳定性。影影响响催催化化剂剂寿寿命命的的因因素素主主要要有有:催催化化剂剂的的老老化化和和中毒。中毒。第九页,本课件共有44页老化:催化剂在老化:催化剂在正常工作条件正常工作条件逐步失去活性过程。逐步失去活性过程。催催化化剂剂的的老老化化主主要要
8、是是由由于于热热稳稳定定性性与与机机械械稳稳定定性性决决定定的的,例例如如低低熔熔点点活活性性组组分分的的流流失失或或升升华华,会会大大大大降降低低催催化化剂剂的的活活性性。机机械械性性粉粉末末被被气气流流带带走走。也也会会加速催化剂的老化加速催化剂的老化工工作作温温度度对对催催化化剂剂的的老老化化影影响响很很大大,温温度度选选择择和和控控制制不不好好,会会使使催催化化剂剂半半熔熔或或烧烧结结,从从而而导导致致催催化化剂剂表表面面积积的的下下降降而而降降低低活活性性。工工作作温温度度越越高高,老老化化速速度越快。度越快。第十页,本课件共有44页中中毒毒:在在催催化化剂剂使使用用过过程程中中,由
9、由于于体体系系中中存存在在少少量量的的杂杂质质,可可使使催催化化剂剂的的活活性性和和选选择择性性减减小小或或者者消失,这种现象叫催化剂中毒。消失,这种现象叫催化剂中毒。这这些些能能使使催催化化剂剂中中毒毒的的物物质质称称之之为为催催化化剂剂毒毒物物,如如HCNHCN、COCO、H H2 2S S、HgHg、PbPb等。等。第十一页,本课件共有44页环境工程中使用催化剂的特殊要求环境工程中使用催化剂的特殊要求有害物含量很低,而净化后要求极低,要求有害物含量很低,而净化后要求极低,要求催化剂具有极高的去除效率。催化剂具有极高的去除效率。处理量很大,催化剂有高的活性和强度。处理量很大,催化剂有高的活
10、性和强度。被处理气体或液体中通常含粉尘、重金属等,被处理气体或液体中通常含粉尘、重金属等,催化剂应有较高的抗毒性、化学稳定性和好的催化剂应有较高的抗毒性、化学稳定性和好的选择性。选择性。第十二页,本课件共有44页气固催化反应过程气固催化反应过程气固催化反应一般经历五个步骤:气固催化反应一般经历五个步骤:外外扩扩散散过过程程:反反应应物物从从气气相相主主体体到催化剂外表面;到催化剂外表面;内内扩扩散散过过程程:催催化化剂剂外外表表面面到到微微孔内颗粒内表面吸附反应;孔内颗粒内表面吸附反应;化化学学动动力力学学控控制制过过程程:颗颗粒粒内内表表面吸附反应产物离开内表面;面吸附反应产物离开内表面;内
11、扩散:产物微孔到外表面;内扩散:产物微孔到外表面;外扩散:外表面到气相主体外扩散:外表面到气相主体主气流微孔固相催化剂粒子示意图第十三页,本课件共有44页吸附过程:反应物在催化剂表面上被吸附;吸附过程:反应物在催化剂表面上被吸附;表表面面过过程程:吸吸附附的的反反应应物物在在催催化化剂剂表表面面上上发发生生化学反应(表面反应过程);化学反应(表面反应过程);脱附过程:反应产物从催化剂表面上脱附下来。脱附过程:反应产物从催化剂表面上脱附下来。第十四页,本课件共有44页催化法治理废气的一般工艺过程包括:催化法治理废气的一般工艺过程包括:(1)1)废废气气预预处处理理去去除除催催化化剂剂毒毒物物及及
12、固固体体颗颗粒粒物物(避避免免催化剂中毒);催化剂中毒);(2)2)废废气气预预热热到到要要求求的的反反应应温温度度(如如选选择择性性催催化化还原去除还原去除NONOX X废气的预热温度须达废气的预热温度须达200200-220-220O OC C以上);以上);(3 3)催化反应;)催化反应;(4 4)废热和副产品的回收利用等。)废热和副产品的回收利用等。催化转化工艺和设备催化转化工艺和设备第十五页,本课件共有44页催化反应器催化反应器中小型设备采用固定床反应器中小型设备采用固定床反应器 是最主要的气固相催化反应器是最主要的气固相催化反应器 间歇式操作。间歇式操作。大型设备为流化床反应器大型
13、设备为流化床反应器 连续式操作。连续式操作。第十六页,本课件共有44页固定床反应器固定床反应器优点优点:反应速度较快反应速度较快催化剂用量较少催化剂用量较少固定床中催化剂不易磨损,可长期使用固定床中催化剂不易磨损,可长期使用操作方便操作方便(停留时间可严格控制,温度分布可适当调节,停留时间可严格控制,温度分布可适当调节,高选择性和转化率高选择性和转化率)缺点缺点:传热差传热差(热效应大的反应,传热和温控是难点热效应大的反应,传热和温控是难点)催化剂更换需停产进行催化剂更换需停产进行第十七页,本课件共有44页单单段段绝绝热热反反应应器器固定床反应器固定床反应器工艺过程:气体从圆筒上部通入,工艺过
14、程:气体从圆筒上部通入,经过预分布装置,均匀通过催化经过预分布装置,均匀通过催化剂层,反应后气体经下部引出。剂层,反应后气体经下部引出。单层绝热反应器单层绝热反应器l结构简单,造价低廉,气流阻力小结构简单,造价低廉,气流阻力小l内部温度分布不均内部温度分布不均l用于化学反应热效应小的场合用于化学反应热效应小的场合第十八页,本课件共有44页多段绝热反应器多段绝热反应器l相邻两段之间引入热交换相邻两段之间引入热交换特点:特点:段间设置换热器:可调节温度;也使气体再分布;段间设置换热器:可调节温度;也使气体再分布;可用于中等热效应的反应。可用于中等热效应的反应。(a)间接换热间接换热(b)直接换热直
15、接换热第十九页,本课件共有44页轴向轴向径向固定床反应器径向固定床反应器第二十页,本课件共有44页列管式反应器列管式反应器l其结构与管式换热器相似其结构与管式换热器相似l管内装催化剂,管间通载热管内装催化剂,管间通载热体体l用于对反应温度要求高,用于对反应温度要求高,或反应热效应很大的场合或反应热效应很大的场合第二十一页,本课件共有44页流化床催化反应器流化床催化反应器 流化床反应器是利用气体自下流化床反应器是利用气体自下而上通过团体颗粒层而使固体颗粒而上通过团体颗粒层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气团相处于悬浮运动状态,并进行气团相反应的装置。反应的装置。自由床自由床 流化床内除分布板
16、外,没有其它构流化床内除分布板外,没有其它构件。床中催化剂被反应气体密相流件。床中催化剂被反应气体密相流化。它适用于热效应不大的一些反化。它适用于热效应不大的一些反应应第二十二页,本课件共有44页附内构件床附内构件床床内设有换热管式挡板,床内设有换热管式挡板,这是流化床应用最广泛的这是流化床应用最广泛的一种形式。这些构件既可一种形式。这些构件既可用于换热,又可限制气泡用于换热,又可限制气泡增大和减少物料返混,适增大和减少物料返混,适用于热效应大的反应和温用于热效应大的反应和温度控制范围较狭窄的场合。度控制范围较狭窄的场合。第二十三页,本课件共有44页双体流化床双体流化床它由反应器和再生器两它由
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