催化燃烧处理气态污染物

第三节：催化转化•催化转化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化作用转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质的方法。气固催化反应的七个步骤•外扩散过程•内扩散过程•吸附过程•表面反应过程•脱附过程•内扩散过程•外扩散过程表面化学过程催化作用•在催化反应中，催化剂与反应物发生化学作用，改变了反应途径，从而降低了反应的活化能，这是催化剂得以提高反应速率的原因。A＋B→AB→A＋C→ACAC＋B→AB＋C阿累尼乌斯经验公式k：反应速率常数；R：通用气体常数；f：概率因子；E：活化能；T：绝对温度。可见反应速率随活化能的降低而呈指数增大。k=fexp(-E/RT)根据活性中心及活化络合理论，催化作用起源于催化剂表面上的活性中心对反应物分子的化学吸附，反应物被活性中心吸附后形成了一种具有活性的络合物，使原分子的化学键松弛，从而降低活化能。催化转化的特点：1、无需使污染物与主气流分离，避免了其他方法可能产生的二次污染，简化操作过程。2、对不同浓度的污染物都有很高的转化率。缺点：催化剂价格高，废气预热要消耗一定的能量。条件较难控制，易发生催化剂中毒。催化剂催化剂通常由主活性物质、载体和助催剂组成。载体：提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性；增大催化剂的机械强度、导热性及热稳定性，延长催化剂的寿命。助催剂：增强催化剂的催化作用。例如在合成氨的铁催化剂里加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂，可以大大提高催化剂的催化作用。气—固相催化反应器•固定床•移动床•流化床应用最广泛工业上常用的气—固相催化剂反应器移动床•固体颗粒物料利用重力在反应器内向下缓慢移动，气体使固体粒子流动，进行催化反应。•特点：混合作用强烈；由于床层与器壁、固体颗粒物与流体之间的给热系数大且特别适用于放热量大且需要进行等温操作的过程。流化床•利用气体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应。•流化床可以实现固体物料的连续输入和输出；流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，易于控制，特别适用于强放热反应。但另一方面，由于流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。此外，固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带，也使流化床的应用受到一定限制。固定床•固体物通常呈颗粒状，堆积成一定高度（或厚度）。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床的优缺点：•优点：1、反应器容积小；2、催化剂用量少；3、停留时间可以严格控制，温度分布可以适当调节，有利于提高化学反应的转化率和目的产物的收率；4、催化剂不易磨损而可较长期使用，可在高温下操作。•缺点主要在于传热性能差。这是因为催化剂载体导热性较差，而气体流速又受压降限制，不能太高，这就造成了传热和控温较困难。简单绝热式反应器多段绝热式反应器对外换热式固定床反应器管间通热载体（可以是水或其他介质），在放热反应中常用原料气作传热体。自热式固定床反应器在反应区用原料气体加热或冷却催化剂层。固定床反应器的计算数学模型法经验计算法空间速度接触时间RNosp/VQV0Rsp/QVV1τ•床层高度2Rε)πD(1/4VL•所需催化剂体积τQ/VQV0sp0R固定床的压力降LduPem320)1(λm：摩擦阻力系数μ：气体黏度U0：空床速度de：颗粒体积表面积平均直径通过热氧化作用将废气中的可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收物质；而且还可以消烟、除臭。特点工艺简单、操作方便，可回收含烃废气的热能。应用广泛用于石油工业、有机化工、食品工业，涂料和油漆的生产、金属漆包线生产、纸浆和造纸、动物饲养场、城市废物的干燥和焚烧处理场等主要含有机污染物的废气治理。第四节：燃烧转化处理可燃组分含量低的废气时，需预热耗能，应注意热能的回收。燃烧转化机理空燃比：质量为M的燃料燃烧所需空气的量与燃料质量m的比值。爆炸极限浓度范围：可燃物质与氧气在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。ʘ概念燃烧类型目前的燃烧净化包括：直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧。燃烧过程及装置直接燃烧：浓度高于爆炸下限的废气可在一般的炉、窑中直接燃烧。优点是安全、简单、成本低，但是无法收回热能。热力燃烧：该过程可分为：燃烧辅助燃料提供预热能量→高温燃气与废气混合以达到反应温度→废气在反应温度下充分燃烧。优点是可除去有机物及超微细颗粒物，结构简单，占用空间小，维修费用低。但操作费用高，有回火及火灾的可能性。根据废气与火焰接触程度的不同，可分为配焰燃烧和离焰燃烧。催化燃烧在催化剂存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应。优点：操作温度低，燃料耗量低，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险。缺点：催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高。大颗粒物及液滴应预先除去，不能用于使催化剂中毒的气体。热能回收（1）回收废热用以预热进口的冷废气。（2）热净化气再循环。即将排出的高温气先用于预热入口冷气，随后全部或部分再循环到烘烤炉或干燥炉作为热介质使用。（3）废热利用。高温气体用于废热锅炉产生蒸汽或热水。