气体催化净化.pptVIP

固定床反应器 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 其他反应器 径向反应器 薄层床反应器 自热式反应器 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 固定床的阻力计算 颗粒固定床，欧根（Ergun）公式： ΔP－床层阻力,Pa H－床高,m v－空床流速,m/s μ－气体粘度,Pa?s ρ－气体密度,kg/m3 ds－颗粒体积表面积平均直径, μm ε－空床孔隙率,% 固定床的阻力计算 实际计算应根据温度和流量的变化，将床层分段计算 阻力与床高和空塔气速的平方成正比，即与截面积的三次方成反比 与粒径成反比 与孔隙率的三次方成反比 第四节 气体催化净化 含尘气体通过催化床层发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质 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 催化净化工艺 段间冷却的四层催化床 第二级 催化床 预除尘和水分 填充床吸收塔 填充床吸收塔 来自冶炼厂或硫磺燃烧的富含SO2的尾气 水 含有约为初始进气SO2浓度3%的尾气 含有约为初始进气SO2浓度0.3%的尾气 水 单级吸收工艺 二级吸收工艺 SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420－550℃ 催化净化工艺 催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等 VOCs的催化氧化 催化净化工艺 NOx NH3 filter Combustor Mixer Reactor NOx的选择性催化还原（SCR） 催化剂200-300℃：Pt (Pd,Fe,Cu,Mn)/Al2O3 (TiO2,V2O5) 催化净化工艺 车用催化转化器 气体催化净化 催化作用 改变反应历程，降低活化能 提高反应速率 （阿累尼乌斯方程） 显著特征 对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡 选择性 催化剂 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 组成 活性组分 ＋ 助催化剂 ＋ 载体 催化剂的性能 活性 W－产品质量 WR－催化剂质量 t－反应时间 选择性 催化剂的性能 稳定性 热稳定性、机械稳定性和化学稳定性 表示方法：寿命 老化 活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等 中毒 对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb 气固催化反应动力学 反应过程 (1)反应物从气流主体-催化剂外表面 (2) 进一步向催化剂的微孔内扩散 (3)反应物在催化剂的表面上被吸附 (4)吸附的反应物转为为生成物 (5)生成物从催化剂表面脱附下来 (6)脱附生成物从微孔向外表面扩散 (7)生成物从外表面扩散到气流主体 (1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程 主气流 微孔 固相 催化剂粒子示意图 催化剂反应动力学 催化剂中的浓度分布 催化剂反应动力学 催化剂反应动力学 反应速度取决于带 ^ 反应(最慢反应)，其它都达到平衡 例：A＋B R＋S A的吸附： B的吸附： 表面反应： R的脱附： S的脱附： 表面反应控制 吸附或脱附控制 催化反应动力学方程 表面化学反应速率 对于催化床 NA－反应物A的流量，kmol/h VR－反应气体体积，m3 x－转化率 L－反应床长度，m A－反应床截面积，m2 Q－反应气体流量，m3 t－接触时间，h cA0－反应物的初始浓度,kmol/m3 催化反应动力学方程 宏观动力学方程 外扩散的传质速率 KG－扩散系数，m/h Se－单位体积催化剂的外表面积，m2/m3 φa －催化剂的有效表面系数；球形φa ＝1 CAG－主气流中反应物A的浓度，mol/m3 CAS－催化剂外表面上A的浓度，mol/m3 催化反应动力学方程 宏观动力学方程 内扩散反应速率 Ks－反应速率常数 η －催化剂有效系数 Si－单位体积催化剂的内表面积,m2/m3 f－与浓度分布有关的函数 催化反应动力学方程 催化剂有效系数? 反应催化剂微孔内浓度分布对反应速率的影响 在内扩散的影响下 催化剂微孔内表面上反应物很低，沿微孔方向降至平衡浓度 催化剂内表面积并未充分利用 η值较小 催化反应动力学方程 催化剂有效系数? 实验测定 ?s－齐勒模数 R－催化剂特征长度 Kv－反应速率常数 Deff－内扩散系数 计算法 等温一级不可逆反应，球形催化剂 若?s很小，??1，说明内扩散的影响可以忽略；反之不容忽视 催化反应动力学方程 催化剂有效系数? 一级不可逆反