河北科技大学：《大气污染治理工程》课程教学资源（PPT课件）第十一章 气态污染物的催化净化

第十一章气恋污染物的催化净化 主要内容: 第一节:催化作用和催化剂 第二节:气固催化反应动力学 第三节:气固催化反应器及计算 第四节:气态污染物的催化净化工艺 本章重点与难点 1.气固催化反应动力学; 2.气态污染物的催化净化工艺 ■3.选择性催化还原和非选择性催化还原法

第十一章 气态污染物的催化净化 主要内容: 第一节：催化作用和催化剂 第二节：气固催化反应动力学 ◼ 第三节：气固催化反应器及计算 ◼ 第四节：气态污染物的催化净化工艺 ◼ 本章重点与难点： ◼ １．气固催化反应动力学； ◼ ２．气态污染物的催化净化工艺； ◼ ３．选择性催化还原和非选择性催化还原法。 ◼

第十一章气态污染物的催化净化 ■催化转化:是指废气通过催化剂床层的催化反 应,是其中的污染物转化为无害或易于处理与 回收利用物质的净化方法 优点: ①对不同浓度的污染物具有很高转化率; ②污染物与主气流不需要分离,避免了可能产 生的第二次污染; ■③操作过程简化。 ■缺点:催化剂较贵,且废气预热需耗一定能量, 这样使净化处理的费用增加

第十一章 气态污染物的催化净化 ◼ 催化转化：是指废气通过催化剂床层的催化反 应，是其中的污染物转化为无害或易于处理与 回收利用物质的净化方法。 ◼ 优 点： ◼ ① 对不同浓度的污染物具有很高转化率； ◼ ② 污染物与主气流不需要分离，避免了可能产 生的第二次污染； ◼ ③ 操作过程简化。 ◼ 缺 点：催化剂较贵，且废气预热需耗一定能量， 这样使净化处理的费用增加

第一节催化作用和催化剂 催化作用 1.概念: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,在反应终止时不变的 作用称为催化作用 ■2.机理:通过加入催化剂,改变了反应历程,降 低了反应物活化能,从而达到加快反应速度的目的。 ■3两个显著的特征: 1)催化剂能加速反应速度(正、逆)而不能使平 衡移动; ■2)催化作用具有特殊的选择性

第一节 催化作用和催化剂 ◼ 一、催化作用 ◼ １．概念：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，在反应终止时不变的 作用称为催化作用 ◼ ２．机理：通过加入催化剂，改变了反应历程，降 低了反应物活化能，从而达到加快反应速度的目的。 ◼ 3.两个显著的特征： ◼ 1） 催化剂能加速反应速度（正、逆）而不能使平 衡移动； ◼ 2） 催化作用具有特殊的选择性

催化剂 )组成 主活性组分:催化剂主体,可单独作为催化剂; 助催化剂:(1)本身无活性(2)具有提高活性组 分活性的作用; 体:起支撑活性组分的作用,使催化剂具有合 适形状与粒度,从而有大的比表面积,增大催化剂 活性,节约活性组分用量,并有传热、稀释和增强 机械强度作用,可增加延长催化剂使用寿命 (二)催化剂的性能 主要指:其活性、选择性和稳定性

二.催化剂 ◼ （一） 组成 ◼ 主活性组分：催化剂主体，可单独作为催化剂； ◼ 助催化剂：（1）本身无活性(2)具有提高活性组 分活性的作用； ◼ 载体：起支撑活性组分的作用，使催化剂具有合 适形状与粒度，从而有大的比表面积，增大催化剂 活性，节约活性组分用量，并有传热、稀释和增强 机械强度作用，可增加延长催化剂使用寿命。 ◼ （二） 催化剂的性能 ◼ 主要指：其活性、选择性和稳定性

1.活性 ■衡量催化剂效能大小的标准。 公式表示为:A 式中:A-催化剂活性,kg/(hg) 产品质量, g: 反应时间, W R 催化剂质量, 通过催化剂床层的反应物摩尔数 工业中,常把产品量换算为转化率Ⅹ表 反应物反应了的摩尔数

1．活性 ◼ 衡量催化剂效能大小的标准。 ◼ 公式表示为： ◼ 式中：A--------催化剂活性， kg/(h.g)； ◼ W--------产品质量， kg； ◼ t----------反应时间， h； ◼ WR -------催化剂质量， g。 ◼ 工业中，常把产品量换算为转化率X表示 ◼ WR t W A  = 100% 通过催化剂床层的反应物摩尔数 反应物反应了的摩尔数 X =

2.催化剂的选择性 选择性是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时, 种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作 用的特征,表示为: 反应所得目的产物摩尔数 B ×100% 通过催化剂床层后反应的反应物摩尔数 活性与选择性是催化剂本身最基本的性能指标,是选 择和控制反应参数的基本依据,二者均可度量催化剂加 速化学反应速度的效果,但反映问题的角度不同。 ■活性 催化剂对提高产品产量的作用; ■选择性--表示催化剂对提高原料利用率的作用;

2．催化剂的选择性 ◼ 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： ◼ ◼ 活性与选择性是催化剂本身最基本的性能指标，是选 择和控制反应参数的基本依据，二者均可度量催化剂加 速化学反应速度的效果，但反映问题的角度不同。 ◼ 活性--------催化剂对提高产品产量的作用； ◼ 选择性-----表示催化剂对提高原料利用率的作用； = 100% 通过催化剂床层后反应的反应物摩尔数 反应所得目的产物摩尔数 B

3.催化剂的稳定性 定义:催化剂在化学反应过程中保持活性的能力 包括:(1)热稳定性;(2)机槭稳定性:(3) 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 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

3．催化剂的稳定性 ◼ 定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。 ◼ 包括：（1）热稳定性；（2）机械稳定性：（3） 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。 ◼ 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

第二节气固催化反应勃力 ,气固催化反应过程 ■气固催化反应一般经历如下五个步骤: ■①外扩散过程:反应物从气相主体到催化剂外表 面 ■②内扩散过程:催化剂外表面到微孔内颗粒内表 面吸附反应 ■③化学动力学控制过程:颗粒内表面吸附反应产 物离开内表面; ④内扩散: 产物微孔到外表面 ⑤外扩散: 外表面到气相主体

第二节 气固催化反应动力学 ◼ 一 ．气固催化反应过程 ◼ 气固催化反应一般经历如下五个步骤： ◼ ①外扩散过程： 反应物从气相主体到催化剂外表 面； ◼ ②内扩散过程： 催化剂外表面到微孔内颗粒内表 面吸附反应； ◼ ③化学动力学控制过程：颗粒内表面吸附反应产 物离开内表面； ◼ ④内扩散： 产物微孔到外表面； ◼ ⑤外扩散： 外表面到气相主体

吸附过程:反应物在催化及表面上被吸附; 表面过程:吸附的反应物在催化剂表面上发 生化学反应(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。 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

◼ 吸附过程：反应物在催化及表面上被吸附； ◼ 表面过程：吸附的反应物在催化剂表面上发 生化学反应（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。 ◼ 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

二,气固催化反应动力学方程式: 1表面化学反应速率方程式(吸附表面反 应及脱附) 2受内扩散影响的反应速率方程 ■3外扩散控制的速率方程 4气固反应总速率方程

二．气固催化反应动力学方程式： ◼ 1.表面化学反应速率方程式（吸附表面反 应及脱附） ◼ 2.受内扩散影响的反应速率方程 ◼ 3.外扩散控制的速率方程 ◼ 4.气固反应总速率方程