环境催化5

环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess环境催化EnvironmentalCatalysis环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcessTopic5外场强化脱硫脱硝及脱磷技术外场强化与过程强化的含义及表现方式硫、氮及磷类污染物的来源及存在形式硫、氮及磷类污染物处理技术现状及发展趋势如何使用“强化”技术实现硫、氮及磷类污染物的转化突破环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess外场强化与过程强化的含义及表现方式环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess过程强化是指能显著减小工厂和设备体积、高效节能、清洁、可持续发展的化工新技术。化工过程强化可分为设备和方法两个方面。过程强化设备,即设备小型化,包括新型的反应器和单元操作设备。过程强化方法主要是化工过程集成化,包括化学反应与分离、换热、物质相变的集成,组合分离等,还有替代能源,超临界流体和离子液体,非定态操作等新的技术。过程强化包括过程强化设备和过程强化方法两个方面。过程强化设备包括新型反应器和新型单元操作设备。过程强化方法则包括多功能反应器、组合分离、新能源和其它方法。过程强化是在1995年第一届化工过程强化国际会议上Ramshaw首先提出的。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess外场强化outfieldintensification定义？？？外场强化是单元，是部分，是局部……过程强化是集成，是整体，是系统化……环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess外场强化的前提：分子活化的几种主要手段（一）1.热活化通过升高反应温度提高分子平动能k=pz0exp(-Ea/RT)2.催化活化是经典的但仍是当前工业上应用最广的促进化学反应的主要手段：1)通过表面吸附浓缩反应物(相当于提高碰撞频率z0)2)在催化剂表面形成有利的分子取向(提高方位因子p)3)通过形成新的反应途径降低反应活化能Ea环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess分子活化的几种主要手段（二）3.光子活化通过合适波长光子对反应物分子内能态(转动态、振动态及电子态)的激发提高反应速度，往往也同时增加新的反应途径。如胶片感光，天然及人工光合作用，各种光化学反应研究等。H2O+hv→OH+H(DH~242nm)(H2O仅吸收短于185nm的光,到达地球之太阳光中含此波段光很少)4.电子活化(系等离子体活化之一)电子与反应分子碰撞产生激发态原子、分子、自由基和离子等。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess分子活化的几种主要手段（三）几种活化方式的组合：1).光催化2).等离子体+催化3).等离子体+光+催化环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess硫、氮及磷类污染物的来源及存在形式环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess大气污染的分类及其来源1、天然污染源由自然现象所产生的大气污染物种类少，浓度低，在局部地区某一段可能形成严重影响，但从全球角度看，天然源还是很重要的，尤其在清洁地区。大气污染物的天然源主要有：1)火山喷发：排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物。2)森林火灾：排放出CO、CO2、SO2、NO2、HC等。3)自然尘：风砂、土壤尘等。4)森林植物释放：主要为萜烯类碳氢化合物。5)海浪飞沫：颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。在某些情况下天然源比人为源更重要，有人曾对全球的硫氧化物和氮氧化物的排放作了估计，认为全球氮排放中的93%，硫氧化物排放中的60%来自天然源。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess2、人为污染源人类的生产和生活活动是大气污染的主要来源。大气的人为污染源可概括为四方面：燃料燃烧工业生产过程交通运输农业活动l燃料燃烧：煤、石油、天然气等燃料的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。煤的主要成分是碳，并含有氢、氧、氮、硫及金属化合物。煤在燃烧过程中会形成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物及烟尘等有害物质。火力发电厂、钢铁厂、焦化厂、石油化工厂和有大型锅炉的工厂、用煤量最大的工矿企业，根据工业企业的性质、规模不同，对大气产生污染的程度也不同。家庭炉灶排气是一种排放量大、分布广、排放高度低、危害性不容忽视的空气污染源。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess3工业生产过程排放：工业生产过程中排放废气的工厂很多。石油化工企业排放二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、氮氧化物；有色金属冶炼工业排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金属元素的烟尘；磷肥厂排出氟化物；酸碱盐化工工业排出的二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体；钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酚、苯类、烃类等。4交通运输过程中排放：汽车排气已构成大气污染的主要污染源。机动车的发展速度很快，1950年全球机动车保有量为7000万辆，1996年增长到7.1亿辆。汽油车排放的主要污染物是：CO，NOX，HC和铅(如果使用含铅汽油)；柴油车排放的污染物主要有NOX，PM(细微颗粒物)，HC，CO和SO2。同发达国家相比，我国机动车污染物排放量相当惊人。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess4农业活动排放：关于化肥在农业生产中的施用给环境带来的不利因素，正逐渐引起关注。例如，氮肥在土壤中经一系列的变化过程会产生氮氧化物释放到大气中；氮在反硝化作用下可形成氮（N2）和氧化亚氮（N2O）释放到空气中，氧化亚氮不易溶于水，可传输到平流层，并与臭氧相互作用，使臭氧层遭到破坏。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess水污染的来源及分类1．工业废水：目前我国长江流域约有工矿企业10万多个，整个流域每年接纳的有害有毒物质有：有机物200多万吨，汞、铬、镉等重金属0.5万吨，酚和氰3万吨，石油类3.5万吨。2．生活污水：新鲜的城市污水渐渐陈腐和腐化使溶解氧含量下降，出现厌氧降解反应，产生硫化氢、硫醇、吲哚和粪臭素，使水具有恶臭。生活污水的固体杂质不到1%，大多为无毒物质，其中无机盐有氰化物、硫酸盐、磷酸盐、铵盐、亚硝酸盐、硝酸盐和一些重碳酸盐等；有机物质有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等，另外还有各种洗涤剂和微量金属，后者如锌、铜、铬、锰、镍和铅等；生活污水中还含有大量的杂菌，主要为大肠菌群。另外生活污水中氮的磷的含量比较高，主要来源于商业污水、城市地面径流和粪便、洗涤剂等。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess3．医院污水4．农田水的径流和渗透近几十年来，化肥、农药的用量在迅速增加，土壤经施肥或使用农药后，通过雨水或灌溉用水的冲刷及土壤的渗透作用，可使残存的肥料及农药通过农田的径流，而进入地面水和地下水。5．废物的堆放，掩埋和倾倒一些暂时堆放于露天的废物可以因雨水淋湿或刮风等原因被带入水体中，一些废弃物人为倾倒进入水体，一些难于处置的废弃物被人们掩埋在地下深层，但如地下处置工程设置不当或不加任何处理填埋，会影响处置地区周围的地质与环境，使被处置的污染物进入水体，引起水体污染。环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess按照污染源性状特点可分为固定式污染源和移动式污染源。固定式污染源是指污染物从固定地点排出，如各种工业生产及家庭炉灶排放源排出的污染物，其位置是固定不变的；流动源是指各种交通工具，如汽车、轮船、飞机等是在运动中排放废气，向周围大气环境散发出的各种有害污染物质。按照排放污染物的空间分布方式，可分为点污染源，即集中在一点或一个可当作一点的小范围排放的污染物；面污染源；即在一个大面积范围排放污染物。固定式污染源和移动式污染源点污染源与面污染源环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess硫、氮及磷类污染物处理技术现状及发展趋势环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess（1）催化脱硝技术•脱硝技术的难点–处理烟气体积大–NOx浓度相当低–NOx的总量相对较大环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess选择性催化还原法（SCR）催化剂：贵金属、碱性金属氧化物–还原反应–潜在氧化反应322232224NH4NOO4N6HO8NH6NO7N12HO32232224NH5O4NO6HO4NH3O2N6HO烟气SCR脱硝法采用催化剂促进氨与还原反应。若使用钛和铁氧化物类催化剂，其反应温度为300oC至400oC，当采用活性焦炭时，其反应温度为100oC至150oC.环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess•选择性非催化还原法（SNCR）–尿素或氨基化合物作为还原剂，较高反应温度–化学反应–同样，需要控制温度避免潜在氧化反应发生3222222224NH6NO5N6HOCO(NH)2NO0.5O2NCO2HO环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess选择性催化还原法（SelectiveCatalyticReduction，SCR）是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3）“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。选择性非催化还原法（SelectiveNon-CatalyticReduction，SNCR）工艺，是一种不用催化剂，还原NOx的方法。把含有NHx基的还原剂（如氨气、氨水或者尿素等）喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。选择性催化还原法脱硝和选择性非催化还原法脱硝有何区别环境催化与分离过程研究组ResearchGroupofEnvironmentalCatalysis&SeparationProcess反应器在锅炉尾部烟道的位置,有三种方案:(1)在空气预热器前350摄氏度位置.(2)在静电除尘器和空气预热器之间(3)布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后SCR系统组成及反应器布置环境催化与分离过程研究组Research