沈阳农业大学土地与环境学院环境工程概论课件--第四章.pptx

l一、吸收净化法一、吸收净化法l是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净化废气的目的的一种方法。化废气的目的的一种方法。l在吸收操作中，被吸收的气体，即可溶组分，称为吸在吸收操作中，被吸收的气体，即可溶组分，称为吸收质或溶质，其余不被吸收的气体称为惰性气体；所收质或溶质，其余不被吸收的气体称为惰性气体；所用的液体称为吸收剂或溶剂；吸收质溶解于吸收剂所用的液体称为吸收剂或溶剂；吸收质溶解于吸收剂所得的溶液称为吸收液或溶液。得的溶液称为吸收液或溶液。第第一一节节 气体吸收气体吸收l（一）物理吸收（一）物理吸收l较简单，可看成是单纯的物理溶解过程；l吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度；l吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。l（二）化学吸收（二）化学吸收l吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应；l吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；l吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。二、吸收机理二、吸收机理（一）（一）双膜理论（应用最广）双膜理论（应用最广）在气液两相接触时，两相间在气液两相接触时，两相间有一个相界面，在相界面两有一个相界面，在相界面两侧分别存在一层稳定的滞留侧分别存在一层稳定的滞留膜层，分别称作气膜和液膜，膜层，分别称作气膜和液膜，气膜厚度气膜厚度Zg，液膜厚度为，液膜厚度为Zl。气液两个膜层分别将各相主体流气液两个膜层分别将各相主体流与相界面隔开，气液相质量传递过与相界面隔开，气液相质量传递过程是气相主体流中的吸收质先以湍程是气相主体流中的吸收质先以湍流扩散到气膜表面，然后再以分子流扩散到气膜表面，然后再以分子扩散流通过气膜到相界面，继而进扩散流通过气膜到相界面，继而进入液膜，吸收质仍以分子扩散方式入液膜，吸收质仍以分子扩散方式通过液膜再进入液相主体流中。在通过液膜再进入液相主体流中。在吸收质量传递的同时，也存在着相吸收质量传递的同时，也存在着相反的质量传递（解吸），两个不同反的质量传递（解吸），两个不同方向的质量传递一直达到动平衡状方向的质量传递一直达到动平衡状态时为止。态时为止。在两相质量传递过程中，只在两相质量传递过程中，只有通过气液膜时，发生分子有通过气液膜时，发生分子扩散阻力；在气液两相主体扩散阻力；在气液两相主体流中由于湍流不存在浓度梯流中由于湍流不存在浓度梯度，因而也就不存在传质阻度，因而也就不存在传质阻力。在相界面上，气液两相力。在相界面上，气液两相随时都处于平衡状态。随时都处于平衡状态。相界面相界面（二）吸收过程的（二）吸收过程的（二）吸收过程的（二）吸收过程的气液平衡气液平衡气液平衡气液平衡l1.吸收过程吸收过程：混合气体中（气相中）的吸收质向吸收剂中：混合气体中（气相中）的吸收质向吸收剂中进行质量传递。（气进行质量传递。（气液）液）l2.解吸过程：液相中吸收质向气相逸出的质量传递过程。解吸过程：液相中吸收质向气相逸出的质量传递过程。（液（液气）气）l3.相平衡：在一定的温度、压力条件下，相平衡：在一定的温度、压力条件下，吸收的传质数率吸收的传质数率=解吸的传质数率解吸的传质数率气液两相达到动态平衡，简称相平衡。气液两相达到动态平衡，简称相平衡。l4.平衡分压：气相中的吸收质组分的分压。平衡分压：气相中的吸收质组分的分压。l5.溶解度溶解度：液相吸收剂所溶解吸收质组分的浓度。：液相吸收剂所溶解吸收质组分的浓度。l（每每100kg水中溶解气体的水中溶解气体的kg数数）常见气体的平衡溶解度常见气体的平衡溶解度特点：特点：不同性质的气体在同温、不同性质的气体在同温、同压下的溶解度不同同压下的溶解度不同多数气体的溶解度随温度多数气体的溶解度随温度升高而下降升高而下降当温度一定时溶解度随吸当温度一定时溶解度随吸收质分压的升高而增大收质分压的升高而增大（三）亨利定律（三）亨利定律（三）亨利定律（三）亨利定律l物理吸收时，常物理吸收时，常亨利定律亨利定律来描述气液相间的相平衡关系。来描述气液相间的相平衡关系。总压小于总压小于5105Pa时，时，一定温度下，稀溶液中溶质的一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比，即，即P*=Ex P*溶质组分在气相中的平衡分压溶质组分在气相中的平衡分压,Pa；x溶质组分在液相中的摩尔分数溶质组分在液相中的摩尔分数n质质/(n质质+n剂剂)E亨利系数亨利系数气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示:P*=C/HC液相中溶质的摩尔浓度液相中溶质的摩尔浓度,mol/m3;H溶解度系数溶解度系数,mol/mP;溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x x、y y表示表示:y*=mxx溶质在液相中的摩尔分数；溶质在液相中的摩尔分数；y*与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数；与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数；m相平衡常数相平衡常数,无因次。无因次。（四）化学吸收（四）化学吸收l化学吸收的优点化学吸收的优点溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面三、吸收剂的选择三、吸收剂的选择（一）吸收剂的选择原则（一）吸收剂的选择原则1.吸收剂应对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性和较吸收剂应对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性和较大的吸收能力。大的吸收能力。2.饱和蒸气压低，以减少挥发损失，避免吸收液成分进入气饱和蒸气压低，以减少挥发损失，避免吸收液成分进入气相，造成浪费和新的污染。相，造成浪费和新的污染。3.沸点高，热稳定性高，不易起泡。沸点高，热稳定性高，不易起泡。4.油性小，能改善吸收塔内的流动状况，提高吸收速率，降油性小，能改善吸收塔内的流动状况，提高吸收速率，降低泵的功耗，减小个阻力；低泵的功耗，减小个阻力；5.化学稳定性高，腐蚀性小、无毒性、不易燃；化学稳定性高，腐蚀性小、无毒性、不易燃；6.价廉易得、易于解吸再生或产生的富液易于综合利用。价廉易得、易于解吸再生或产生的富液易于综合利用。（二）吸收剂的选择方法（二）吸收剂的选择方法1.对于物理吸收，要求溶解度大对于物理吸收，要求溶解度大，可按照相似相溶规律选，可按照相似相溶规律选择吸收剂，即从与吸收质结构相近的物质中筛选吸收剂。择吸收剂，即从与吸收质结构相近的物质中筛选吸收剂。2.对于化学吸收过程，可以选择容易与被吸收组分发生化对于化学吸收过程，可以选择容易与被吸收组分发生化学反应的物质作吸收。学反应的物质作吸收。3.在水中溶解度较大的气体，用水作吸收剂是首选对象，在水中溶解度较大的气体，用水作吸收剂是首选对象，优点是价廉易得、吸收流程、设备和操作都比较简单；缺点是优点是价廉易得、吸收流程、设备和操作都比较简单；缺点是设备庞大、净化效率低、动力消耗大。设备庞大、净化效率低、动力消耗大。4.碱金属钠、钾、铰或碱土金属钙、镁等的溶液，是另一碱金属钠、钾、铰或碱土金属钙、镁等的溶液，是另一类常用吸收剂。由于这类吸收剂能与被吸收的气态污染物如类常用吸收剂。由于这类吸收剂能与被吸收的气态污染物如SO2、HCI、HF、NO2等之间发生化学反应，因而使吸收能力等之间发生化学反应，因而使吸收能力大大增加。大大增加。5.吸收碱性气体常用各种酸液作为吸收剂；对于酸性气体，吸收碱性气体常用各种酸液作为吸收剂；对于酸性气体，则优先选用碱性或碱性盐溶液吸收。则优先选用碱性或碱性盐溶液吸收。（三）吸收剂的再生（三）吸收剂的再生吸收剂使用到一定程度，需要处理后再使用，吸收剂使用到一定程度，需要处理后再使用，处理的方式：一是通过再生回收副产品后重新利用，处理的方式：一是通过再生回收副产品后重新利用，如亚硫酸钠法吸收如亚硫酸钠法吸收SO2气体，吸收液中的亚硫酸氢气体，吸收液中的亚硫酸氢钠经加热再生，回收钠经加热再生，回收SO2后变为亚硫酸钠重新使用；后变为亚硫酸钠重新使用；二是直接把吸收液加工成副产品，如用氨水吸收二是直接把吸收液加工成副产品，如用氨水吸收SO2得到的亚硫酸铵经氧化变为硫酸铵化肥。得到的亚硫酸铵经氧化变为硫酸铵化肥。四、吸收设备四、吸收设备喷淋塔喷淋塔填料塔填料塔除雾器除雾器液体喷雾液体喷雾填料填料液体出口液体出口第二节第二节 气体吸附气体吸附l吸附吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面吸附质被吸附物质吸附剂附着吸附质的物质一、吸附净化的概念吸附净化的概念多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的一种或多种有害组分的特点。吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实现净化废气的一种方法。（一）吸附净化法的特点吸附净化法的特点1.适用范围适用范围常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大；对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。2.优点优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。3.缺点缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设备利用率低。4.应用应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF、SO2、NOX等。二、吸附机理二、吸附机理（1 1）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散至外表面。）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散至外表面。）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散至外表面。）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散至外表面。（2 2）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。（3 3）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。三、物理吸附和化学吸附三、物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力，可是单层吸附力范德华力，可是单层或多层吸附；或多层吸附；2.吸附质与吸附剂之间不发生化吸附质与吸附剂之间不发生化学反应；学反应；3.吸附过程快，瞬间达到平衡；吸附过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附剂与吸附质间的吸附力不吸附剂与吸附质间的吸附力不强，吸附可逆。强，吸附可逆。1.吸附力化学键力，单层吸附吸附力化学键力，单层吸附2.吸附有很强的选择性；吸附有很强的选择性；3.吸附速率较慢，达到吸附平衡吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长时间；需相当长时间；4.升高温度可提高吸附速率；升高温度可提高吸附速率；5.吸附不可逆。吸附不可逆。同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附四、吸附剂四、吸附剂l吸附剂应具备的特性：吸附剂应具备的特性：内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸附剂类型活性炭活性炭活性氧活性氧化铝化铝硅胶硅胶沸石分子筛沸石分子筛4A5A13x堆堆 积积 密密 度度(kg/m3)200-600750-1000800800800800热热容容(KJ/KgK)0.836-1.2540.836-1.0450.920.7940.794操操作作温温度度上上限限（K）423773673873873873平平 均均 孔孔 径径（）15-2518-48224513再再 生生 温温 度度（K）373-413473-523393-423473-573473-573473-573比比 表表 面面 积积（/g）600-1600210-360600活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱除尾气中活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱除尾气中SOSO2 2、NONOX X等恶臭物质的净化；优点：性能稳定、抗腐蚀。缺点：等恶臭物质的净化；优点：性能稳定、抗腐蚀。缺点：可燃性，因此使用温度不能超过可燃性，因此使用温度不能超过200200，在惰性气流掩护下，操，在惰性气流掩护下，操作温度可达作温度可达500500。活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化（对活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化（对水有强吸附能力）。水有强吸附能力）。硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身质量的硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身质量的50%50%，而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。类物质回收等。沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、具有立方晶体沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、具有立方晶体的硅酸盐。的硅酸盐。通式为：通式为：Mex/n(AlMex/n(Al2 2O O3 3)x(SiO)x(SiO2 2)y)ymHmH2 2O O 特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能，一种离子型吸附特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能，一种离子型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有选择吸附能力。剂，对极性分子，不饱和有机物具有选择吸附能力。吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以后出现一系列的交吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以后出现一系列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起联共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭，物理化学性能稳定，品种较多，能用于废水处理，维生活性炭，物理化学性能稳定，品种较多，能用于废水处理，维生素的分离及素的分离及H H2 2O O2 2的精制等。的精制等。五、气体吸附的影响因素五、气体吸附的影响因素（一）操作条件（一）操作条件低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积,m,m2 2/mL/mLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积,m,m2 2V Vmm吸附剂表面被单分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g g（二）吸附剂性质（二）吸附剂性质比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）（三）吸附质性质、浓度（三）吸附质性质、浓度临界直径吸附质不易渗入的最大直径吸附质的分子量、沸点、饱和性（四）吸附剂活性（四）吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量静活性吸附达到饱和时的吸附量动活性未达到平衡时的吸附量六、吸附剂再生六、吸附剂再生溶剂萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO2，可用水脱附，可用水脱附置换再生l脱附剂需要再脱附脱附剂需要再脱附降压或真空解吸l吸附作用吸附作用，再生温度，再生温度加热解吸再生 七、吸附过程与工艺流程七、吸附过程与工艺流程七、吸附过程与工艺流程七、吸附过程与工艺流程（一）（一）（一）（一）工艺流程分类工艺流程分类工艺流程分类工艺流程分类11、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：固定床、流化床、移动床（超吸附）。固定床、流化床、移动床（超吸附）。固定床、流化床、移动床（超吸附）。固定床、流化床、移动床（超吸附）。穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要依据。依据。依据。依据。穿床速度穿床速度穿床速度穿床速度吸附剂的悬浮速度吸附剂的悬浮速度吸附剂的悬浮速度吸附剂的悬浮速度22、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。33、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸附）、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸附）、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸附）、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸附）、减压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生等。减压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生等。减压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生等。减压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生等。固定床固定床固定床固定床远远远远远远远远流化床流化床流化床流化床移动床移动床移动床移动床1 1 1 1、固定床吸附流程、固定床吸附流程、固定床吸附流程、固定床吸附流程特点特点特点特点：设备结构简单，制造容易，设备结构简单，制造容易，设备结构简单，制造容易，设备结构简单，制造容易，价格低廉；价格低廉；价格低廉；价格低廉；适用于小型、分散、间歇性适用于小型、分散、间歇性适用于小型、分散、间歇性适用于小型、分散、间歇性的污染源治理；的污染源治理；的污染源治理；的污染源治理；吸附和解吸交替进行、间歇吸附和解吸交替进行、间歇吸附和解吸交替进行、间歇吸附和解吸交替进行、间歇操作；操作；操作；操作；应用广泛应用广泛应用广泛应用广泛缺点缺点缺点缺点：间歇操作，操作必须周期性间歇操作，操作必须周期性间歇操作，操作必须周期性间歇操作，操作必须周期性地变换，因而操作复杂，劳动地变换，因而操作复杂，劳动地变换，因而操作复杂，劳动地变换，因而操作复杂，劳动强度高；强度高；强度高；强度高；设备庞大，生产强度低；设备庞大，生产强度低；设备庞大，生产强度低；设备庞大，生产强度低；吸附剂导热性差，因而升温吸附剂导热性差，因而升温吸附剂导热性差，因而升温吸附剂导热性差，因而升温及变温再生困难。及变温再生困难。及变温再生困难。及变温再生困难。（二）常见的几种吸附流程（二）常见的几种吸附流程（二）常见的几种吸附流程（二）常见的几种吸附流程2 2、移动床吸附流程、移动床吸附流程、移动床吸附流程、移动床吸附流程控制吸附剂在床层中的控制吸附剂在床层中的控制吸附剂在床层中的控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化后的气体移动速度，使净化后的气体移动速度，使净化后的气体移动速度，使净化后的气体达到排放标准。达到排放标准。达到排放标准。达到排放标准。特点：特点：特点：特点：固体吸附剂在吸附固体吸附剂在吸附固体吸附剂在吸附固体吸附剂在吸附床中不断移动，固体和气体床中不断移动，固体和气体床中不断移动，固体和气体床中不断移动，固体和气体都以恒定的速度流过吸附器；都以恒定的速度流过吸附器；都以恒定的速度流过吸附器；都以恒定的速度流过吸附器；处理气量大，吸附剂可循处理气量大，吸附剂可循处理气量大，吸附剂可循处理气量大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连续、环使用，适用于稳定、连续、环使用，适用于稳定、连续、环使用，适用于稳定、连续、量大的气体净化；量大的气体净化；量大的气体净化；量大的气体净化；吸附和吸附和吸附和吸附和脱附连续完成；脱附连续完成；脱附连续完成；脱附连续完成；动力和热动力和热动力和热动力和热量消耗较大，量消耗较大，量消耗较大，量消耗较大，吸附剂磨损较吸附剂磨损较吸附剂磨损较吸附剂磨损较为严重。为严重。为严重。为严重。料斗料斗料斗料斗吸附器吸附器吸附器吸附器风机风机风机风机传送带传送带传送带传送带3 3、流化床吸附流程、流化床吸附流程、流化床吸附流程、流化床吸附流程控制吸附剂在床层控制吸附剂在床层控制吸附剂在床层控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化中的移动速度，使净化中的移动速度，使净化中的移动速度，使净化后的气体达到排放标准。后的气体达到排放标准。后的气体达到排放标准。后的气体达到排放标准。特点：特点：特点：特点：气体于固体接气体于固体接气体于固体接气体于固体接触相当充分，气速是固触相当充分，气速是固触相当充分，气速是固触相当充分，气速是固定床的三、四倍以上；定床的三、四倍以上；定床的三、四倍以上；定床的三、四倍以上；生产能力大，适合治生产能力大，适合治生产能力大，适合治生产能力大，适合治理连续性、大气量的污理连续性、大气量的污理连续性、大气量的污理连续性、大气量的污染源；染源；染源；染源；由于吸附剂和由于吸附剂和由于吸附剂和由于吸附剂和容器的磨损严重，流化容器的磨损严重，流化容器的磨损严重，流化容器的磨损严重，流化床吸附器的排除气体中床吸附器的排除气体中床吸附器的排除气体中床吸附器的排除气体中常带有吸附剂粉末，故常带有吸附剂粉末，故常带有吸附剂粉末，故常带有吸附剂粉末，故后面必须加除尘设备。后面必须加除尘设备。后面必须加除尘设备。后面必须加除尘设备。第三节第三节 气体催化净化气体催化净化l（一）定义：催化转化是指废气（一）定义：催化转化是指废气通过催化床层发生催通过催化床层发生催化反应，使化反应，使其中的其中的污染物转化为无害或易于处理污染物转化为无害或易于处理与回与回收利用收利用物质物质的净化的净化l（二）应用（二）应用工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化一、气体催化净化一、气体催化净化l（三）优点（三）优点l1.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；l2.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的第第二次污染；二次污染；l3.操作过程简化。操作过程简化。l（四）缺点（四）缺点l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，这这样样使使净净化化处理的费用增加。处理的费用增加。（一）催化作用（一）催化作用化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质的数量和性质，在反应终了时不变的作用的数量和性质，在反应终了时不变的作用。改变反应历程，降低活化能提高反应速率（多位活化络合物理论）（二）显著特征（二）显著特征只能加速化学反应速度，对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡具有特殊的选择性（阿累尼乌斯方程）（阿累尼乌斯方程）二、催化机理二、催化机理三、催化剂三、催化剂（一）定义：加速化学反应，而本身的化学性质（一）定义：加速化学反应，而本身的化学性质在反应前后保持不变的物质在反应前后保持不变的物质。（二）组成（二）组成活性组分助催剂载体l活性组分：活性组分：催化剂主体，可单独作为催化剂；催化剂主体，可单独作为催化剂；l助催化剂助催化剂：(1)本身无活性本身无活性(2)具有提高活性组分活性的作用；具有提高活性组分活性的作用；l载载体体：起起支支撑撑活活性性组组分分的的作作用用，使使催催化化剂剂具具有有合合适适形形状状与与粒粒度度，从从而而有有大大的的比比表表面面积积，增增大大催催化化剂剂活活性性，节节约约活活性性组组分分用用量量，并并有有传传热热、稀稀释释和和增增强强机机械械强强度度作作用用，可可增增加加延延长长催催化化剂剂使使用用寿命。寿命。（三）催化剂的性能（三）催化剂的性能1.活性活性WW产品质量，产品质量，产品质量，产品质量，kgkgWWR R催化剂质量，催化剂质量，催化剂质量，催化剂质量，g gt t反应时间，反应时间，反应时间，反应时间，h h衡量催化剂效能大小的标准。l工业中，常把产品量换算为转化率工业中，常把产品量换算为转化率X表示表示2.选择性选择性:是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时，一种是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时，一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作用的特催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作用的特征，表示为：征，表示为：活性活性-催化剂对提高产品产量的作用；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；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)热稳定性；热稳定性；(2)机械稳定性；机械稳定性；(3)抗毒稳定性。抗毒稳定性。影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中毒。影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中毒。催化剂的老化：是指催化剂在正常工作条件逐步失去活性过程。催化剂的老化：是指催化剂在正常工作条件逐步失去活性过程。催化剂的中毒：是指反应物中少量杂质使催化活性迅速下降的现象。催化剂的中毒：是指反应物中少量杂质使催化活性迅速下降的现象。老化老化l活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等中毒中毒l对大多数催化剂，毒物：对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb四、气固催化反应动力学四、气固催化反应动力学l（一）反应过程（一）反应过程l气气固固催催化化反反应应一一般般经经历历如如下下五五个个步骤：步骤：l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到催化剂外表面；体到催化剂外表面；l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孔内颗粒内表面吸附反应；微孔内颗粒内表面吸附反应；l化化学学动动力力学学控控制制过过程程：颗颗粒粒内内表面吸附反应产物离开内表面；表面吸附反应产物离开内表面；l内扩散：产物微孔到外表面；内扩散：产物微孔到外表面；l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l吸附过程：反应物在催化剂表面上被吸附；反应物在催化剂表面上被吸附；l表面过程：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化学学反应（表面反应过程）；反应（表面反应过程）；l脱附过程：反应产物从催化剂表面上脱附下来。反应产物从催化剂表面上脱附下来。l上述几步速度最慢（阻力最大）者决定整个过程的上述几步速度最慢（阻力最大）者决定整个过程的总反应浓度，这一步称为控制步骤总反应浓度，这一步称为控制步骤（二）催化剂中的浓度分布（二）催化剂中的浓度分布气流主体气流主体中的浓度中的浓度催化剂外催化剂外表面浓度表面浓度颗粒中心颗粒中心处的浓度处的浓度（一）固定床反应器（一）固定床反应器l最主要的气固相催化反应器最主要的气固相催化反应器优点:l流体接近于平推流，返混小，反应速度较快流体接近于平推流，返混小，反应速度较快l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l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，高选择性和转化率缺点:l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)l催化剂更换需停产进行催化剂更换需停产进行五、气固催化反应器及设备五、气固催化反应器及设备l1.单层绝热反应器单层绝热反应器结构简单，造价低廉，气流阻力小内部温度分布不均适用于反应热效应不大的放热反应，反应过程允许温度有较宽变动范围的反应；热效应较大的，但对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程也可适用。固定床反应器的结构型式主要分为绝热式和换热式两类，以适应不同的传热要求和传热方式。l2.多段绝热反应器多段绝热反应器根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分为中间间接换热式和冷激式。(a)直接换热直接换热 中间间接换热式特点：催化剂床层的温度波动小。缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难应用：适用于放热反应(b)间接换热间接换热冷激式特点：反应器结构简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小。缺点：操作要求较高应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器l3.列管式反应器列管式反应器用于对反应温度要求高，或反应热效应很大的场合,以各种载热体为换热介质的对外换热式反应器多为列管式结构换热式固定床反应器 特点：传热面积大，传热效果好，易控制催化剂床层温度，反应速率快，选择性高。缺点：结构较复杂，设备费用高。应用：能适用于热效应大的反应。载热体的选择：一般反应温度在240以下宜采用加压热水作载热体；反应温度在250300可采用挥发性低的导热油作载热体；反应温度在300的则需用熔盐作载热体，如KNO353%，NaNO37%，NaNO240%的混合物。加压热水作载热体的反应装置。（二）反应器类型的选择（二）反应器类型的选择根据反应热的大小和对温度的要求，选择反应器的结构类型尽量降低反应器阻力反应器应易于操作，安全可靠结构简单，造价低廉，运行与维护费用经济六、催化净化工艺六、催化净化工艺（一）催化法治理废气的一般工艺过程（一）催化法治理废气的一般工艺过程 1.废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物 2.废气预热到要求的反应温度废气预热到要求的反应温度 3.催化反应催化反应 4.废热和副产品的回收利用废热和副产品的回收利用