第三章有害氣體的燃燒凈化

1、工業(yè)防毒技術 - 1 - 第第3 3章有害氣體的燃燒凈化章有害氣體的燃燒凈化 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 熱力燃燒原理熱力燃燒原理 第三節(jié)第三節(jié) 熱力燃燒爐熱力燃燒爐 第四節(jié)第四節(jié) 催化燃燒原理催化燃燒原理 第五節(jié)第五節(jié) 催化燃燒裝置催化燃燒裝置 第六節(jié)第六節(jié) 安全措施安全措施 工業(yè)防毒技術 - 2 - 第一節(jié)概述第一節(jié)概述 將有毒有害氣體、蒸氣和煙塵用燃燒的方法進行消除，將有毒有害氣體、蒸氣和煙塵用燃燒的方法進行消除，稱為燃燒凈化技術。稱為燃燒凈化技術。 燃燒凈化具有以下三個持點：燃燒凈化具有以下三個持點： 1.1.燃燒凈化法適用于對可燃燒凈化法適用于對可燃物質(zhì)或在高溫下可進行分解

2、的物質(zhì)的處理；燃物質(zhì)或在高溫下可進行分解的物質(zhì)的處理； 2 2燃燒凈化法燃燒或分解的最終產(chǎn)物是燃燒凈化法燃燒或分解的最終產(chǎn)物是無毒無害的物質(zhì)無毒無害的物質(zhì)； 3.3.燃燒凈化法不能獲得原物質(zhì)的回收；燃燒凈化法不能獲得原物質(zhì)的回收； 4.4.在燃燒凈化中可以回收燃燒氧化過程中的熱量。在燃燒凈化中可以回收燃燒氧化過程中的熱量。 工業(yè)上燃燒凈化法廣泛用于處理有機溶劑蒸氣、碳氫化合物及惡臭氣體的工業(yè)上燃燒凈化法廣泛用于處理有機溶劑蒸氣、碳氫化合物及惡臭氣體的 凈化處理，這些物質(zhì)在燃燒過程中被氧化成二氧化碳和水蒸氣，同時回收凈化處理，這些物質(zhì)在燃燒過程中被氧化成二氧化碳和水蒸氣，同時回收 燃燒過程中的熱

3、量。燃燒過程中的熱量。 工業(yè)防毒技術 - 3 - （1）直接燃燒（直接火焰燃燒） 概念：把廢氣中可燃的有害組分當作燃料直接燃燒，從而達到凈化的目的。 只適用于可燃有害組分濃度較高濃度較高或燃燒熱值較高燃燒熱值較高的氣體。即廢氣中的可燃物質(zhì)可燃物質(zhì) 濃度較高濃度較高，燃燒產(chǎn)生的熱量足以維持燃燒過程連續(xù)進行維持燃燒過程連續(xù)進行時采用 特點： A 不需要預熱 B 燃燒狀態(tài)是在高溫下滯留短時間的有火焰燃燒，能回收熱能 C 適用于凈化可燃組分濃度較高或燃燒熱值較高的氣體 工業(yè)防毒技術 - 4 - 工業(yè)防毒技術 - 5 - （2）熱力燃燒 1）定義：利用輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到要求的溫度，使

4、 可燃有害組分在高溫下分解成無害物，以達到凈化的目的 2）燃燒過程 附加燃料首先和部分廢氣混合并進行燃燒，產(chǎn)生高溫氣體 大部分廢氣則與附加燃料燃燒生成的高溫氣休混合，并使其達到反應溫度 可燃污染物在高溫下與氧反應，轉(zhuǎn)化成非污染物后排放。 4）熱力燃燒的特點 需要進行預熱，溫度范圍控制在540-820度，可以燒掉廢氣中的炭粒，氣 態(tài)污染物最終被氧化分解為C02、H2O等。 燃燒狀態(tài)時在較高溫度下停留一定時間的有焰燃燒 適用于各種氣體的燃燒，能除去有機物及超細顆粒物 結構簡單，占用空間小，維修費用低 工業(yè)防毒技術 - 6 - （3）催化燃燒 利用催化劑使廢棄中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化方法

5、。 在催化劑的作用下，加快污染物質(zhì)的燃燒速度。 1）流程 預處理預處理：除去粉塵、液滴及有害組分，避免催化床層的堵塞和催化劑中毒； 預熱預熱：進入催化床層的氣體必須，達到起燃溫度 回收利用：回收利用：催化放出大量的熱，燃燒尾氣溫度高，對這部分熱量必須加以回收利用 2）特點 需預熱，溫度控制在200-400度，為無火焰燃燒，安全性好 燃燒溫度低，輔助燃料消耗少 對可燃性組分的濃度和熱值限制較少，但組分中不能含有塵粒、霧滴和易使催化劑中 毒的氣體 催化劑費用高 工業(yè)防毒技術 - 7 - 工業(yè)防毒技術 - 8 - 工業(yè)防毒技術 - 9 - 第二節(jié) 熱力燃燒原理 一、有關燃燒的幾個概念 （一）燃燒與熱

6、力燃燒 燃燒反應必須具有如下3個特征： (1) 是一個劇烈的氧化還原反應； (2) 放出大量的熱； (3) 發(fā)出光。 燃燒的必要條件： 即可燃物：凡是能與空氣中的氧或其他氧化劑起燃燒化學反應的物質(zhì)稱為可燃物。可燃物按其 物理化學反應狀態(tài)分為氣體可燃物、液體可燃物和固體可燃物三種類別。 氧化劑：幫助和支持可燃物燃燒的物質(zhì)，即能與可燃物發(fā)生氧化反應的物質(zhì)稱為氧化劑。燃燒過 程中的氧化劑主要是空氣中游離的氧，另外如氟、氯等也可以作為燃燒反應的氧化劑。 溫度（引火源）：是指供給可燃物與氧或助燃劑發(fā)生燃燒反應能量來源。常見的是熱能，其 它還有化學能、電能、機械能等轉(zhuǎn)變的熱能。 工業(yè)防毒技術 - 10 -

7、 燃燒的充分條件： 但是，并不是上述三個條件同時存在，就一定會發(fā)生燃燒現(xiàn)象，還必須這三個因素相 互作用才能發(fā)生燃燒。 1、可燃物與助燃物達到一定的比例； 2、助燃物達到達到一定的濃度； 3、超過最小的點火能或超過一定強度的升溫明火源； 4、滿足了燃燒所需要的燃燒誘導期。 （二）混合氣體的燃燒與爆炸（二）混合氣體的燃燒與爆炸 爆炸是大量能量在瞬間以對外做功的形式迅速釋放，物系狀態(tài)發(fā)生突變。表現(xiàn)為氣體 的迅速膨脹。 1）爆炸的特征： 爆炸過程進行得很快； 爆炸點附近瞬間壓力急劇上升； 發(fā)出聲響； 周圍建筑物或裝置發(fā)生震動或遭到破壞。 2）爆炸的破壞形式: 直接的爆炸破壞：對周圍設備、建筑和人的直接

8、作用，它直接造成機械設備、 裝置、容器和建筑的毀壞和人員傷亡； 沖擊波的破壞； 造成火災。 工業(yè)防毒技術 - 11 - 工業(yè)防毒技術 - 12 - 爆炸分類爆炸分類 爆炸可分為：爆炸可分為：物理爆炸、化學爆炸和核爆炸物理爆炸、化學爆炸和核爆炸三大類。三大類。 1 1、物理爆炸、物理爆炸 物理爆炸是物理過程，只發(fā)生物態(tài)變化，不發(fā)生化學反應。如鍋爐爆炸、輪物理爆炸是物理過程，只發(fā)生物態(tài)變化，不發(fā)生化學反應。如鍋爐爆炸、輪 胎爆炸等。胎爆炸等。 2 2、化學爆炸、化學爆炸 化學爆炸是化學過程，爆炸前后物質(zhì)的化學組成及化學性質(zhì)都發(fā)生了變化?；瘜W爆炸是化學過程，爆炸前后物質(zhì)的化學組成及化學性質(zhì)都發(fā)生了變

9、化。 化學爆炸可分為化學爆炸可分為分解爆炸（簡單分解爆炸：不一定有燃燒發(fā)生；復雜分解爆分解爆炸（簡單分解爆炸：不一定有燃燒發(fā)生；復雜分解爆 炸：有燃燒發(fā)生）和爆炸性混合物爆炸（爆炸混合物至少由兩種組分組成）炸：有燃燒發(fā)生）和爆炸性混合物爆炸（爆炸混合物至少由兩種組分組成） 兩類。兩類。 工業(yè)防毒技術 - 13 - （三）爆炸極限濃度范圍 可燃性氣體或蒸汽預先按一定比例與空氣的混合物，稱為爆炸性混合氣體。 當混合物中可燃氣體的含量接近化學當量時，燃燒最快或最劇烈。 可燃性氣體、蒸氣的爆炸極限一般用可燃氣體或蒸氣在混合氣體中的所占體 積分數(shù)來表示；可燃粉塵的爆炸極限是以在混合物中的質(zhì)量濃度(gm3

10、) 來表示。 可燃性氣體的體積分數(shù)及質(zhì)量濃度比在20時的換算公式如下： Y-有害氣體的質(zhì)量濃度，mg/m3 M-有害氣體的摩爾質(zhì)量，g/mol C-有害氣體的體積分數(shù)，Ml/m3 C M Y 3 3 104.22 10 C M 4.22 工業(yè)防毒技術 - 14 - 工業(yè)防毒技術 - 15 - 例1-1 在標準狀態(tài)下,10 ML/m3的二氧化硫相當于多少 mg/m3? Y=64/22.410=28.5 mg/m3 工業(yè)防毒技術 - 16 - 式中：L下可燃性混合物爆炸下限，； L上可燃性混合物爆炸上限，； N每摩爾可燃氣體完全燃燒所需的氧原子數(shù)； M可燃氣體的摩爾質(zhì)量，gmol；Vt可燃氣體摩爾

11、體積，Lmol。 根據(jù)完全燃燒反應所需的氧原子數(shù)估算有機物的爆炸下限和上限，其經(jīng)驗公 式如下。 各種可燃氣體和燃性液體蒸氣的爆炸極限，可用專門儀器測定出來，或用經(jīng)驗公 式估算。爆炸極限的估算值與實驗值一般有些出入，其原因是在計算式中只考慮 到混合物的組成，而無法考慮其他一系列因素的影響，但仍不失去參考價值。 工業(yè)防毒技術 - 17 - 例4 試求乙烷在空氣中的爆炸濃度下限和上限。 寫出乙烷的燃燒反應式： 2C2H6十7O2 = 4CO2十6H2O 工業(yè)防毒技術 - 18 - 用爆炸上限與下限濃度之差與爆炸下限濃度之比值表示其危險度H，即： H = (L上L下)/ L下 或 H = (Y上Y下)

12、/ Y下 例如，甲烷氣體的危險度為： H 甲烷 = (L甲烷上L甲烷下)/ L甲烷下 =（154.9）/4.9 = 2.06 H 乙炔 = (L乙炔上L乙炔下)/ L乙炔下 =（802.55）/2.55 = 30.37 H值越大，表示可燃性混合物的爆炸極限范圍越寬，其爆炸危險性越 大。 爆炸極限濃度范圍取決于有毒有害物質(zhì)的種類、混合氣體成分、溫度、壓力、 燃點等因素，另外，其燃燒過程在一定程度上還取決于容器的形狀和混合 氣體的流速等因素。 工業(yè)防毒技術 - 19 - 1初始溫度 混合氣著火前的初溫升高，會使分子的反應活性增加，導致爆炸范圍擴大， 即爆炸下限降低，上限提高，從而增加了混合物的爆炸

13、危險性。 2初始壓力 增加混合氣體的初始壓力，通常會使上限顯著提高，爆炸范圍擴大。增加壓 力還能降低混合氣的自燃點，這樣使得混合氣在較低的著火溫度下能夠發(fā) 生燃燒。原因在于，處在高壓下的氣體分子比較密集，濃度較大，這樣分 子間傳熱和發(fā)生化學反應比較容易，反應速度加快，而散熱損失卻顯著減 少。壓力對甲烷爆炸極限的影響。在已知的氣體中，只有CO的爆炸范圍是 隨壓力增加而變窄的。 混合氣在減壓的情況下，爆炸范圍會隨之減小。壓力降到某一數(shù)值，上限與 下限重合，這一壓力稱為臨界壓力。低于臨界壓力，混合氣則無燃燒爆炸 的危險。在一些化工生產(chǎn)中，對爆炸危險性大的物料的生產(chǎn)、貯運往往采 用在臨界壓力以下的條件

14、進行，如環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)和貯運。 工業(yè)防毒技術 - 20 - 3惰性氣體含量 爆炸性混合氣體中加入惰性氣體，如氮、氧、水蒸氣、二氧化碳、四氯化碳 等，可以使可燃氣分子和氧分子隔離，在它們之間形成一層不燃燒的屏障。 這層屏障可以吸收能量，使游離基消失，鏈鎖反應中斷，阻止火焰蔓延到 其他可燃氣分子上去，抑制燃燒進行，起到防火和滅火的作用。 混合氣體中增加惰性氣體含量，會使爆炸上限顯著降低，爆炸范圍縮小。惰 性氣體增到一定濃度時，可使爆炸范圍為零，混合物不再燃燒。惰性氣體 含量對上限的影響較之對下限的影響更為顯著的原因，是因為在爆炸上限 時，混合氣中缺氧使可燃氣不能完全燃燒，若增加惰性氣體含量，會使氧

15、 量更加不足，燃燒更不完全，由此導致爆炸上限急劇下降。 工業(yè)防毒技術 - 21 - 4爆炸容器對爆炸極限的影響 爆炸容器的材料和尺寸對爆炸極限有影響，若容器材料的傳熱性好，管徑 越細，火焰在其中越難傳播，爆炸極限范圍變小。當容器直徑或火焰通道小到 某一數(shù)值時，火焰就不能傳播下去，這一直徑稱為臨界直徑或最大滅火間距。 如甲烷的臨界直徑為0.40.5mm，氫和乙炔為0.10.2 mm.目前一般采用直徑 為50mm的爆炸管或球形爆炸容器。 5點火源的影響 當點火源的活化能量越大，加熱面積越大，作用時間越長，爆炸極限范圍 也越大。一般情況下，爆炸極限均在較高的點火能量下測得，如測甲烷與空氣 混合氣體的

16、爆炸極限時，用10J以上的點火能量，其爆炸極限為515。但 當點火能源高到一定程度時，爆炸極限會趨于一個穩(wěn)定值，不再變寬。 工業(yè)防毒技術 - 22 - 6、火焰的傳播方向(點火位置) 當從下部點火，火焰垂直由下向上傳播時，爆炸下限值最小，上限值最大； 當從上部點火，火焰垂直由上向下傳播時，爆炸下限值最大，上限值最?。?火焰水平傳播時，爆炸上下限值介于前兩者之間。 7、含氧量 當混合氣中含氧量增加時，爆炸極限范圍變寬。 增加氧含量使爆炸上限顯著增加，但對爆炸下限影響不大，由于空氣中含氧量 為21%（體積百分數(shù)），處于空氣中爆炸的下限時，其組分中氧含量已很高， 也就是說處在下限濃度時，氧氣對燃氣是

17、過量的。增加氧含量對爆炸下限影 響不大。 工業(yè)防毒技術 - 23 - 為了保證生產(chǎn)過程的安全性，應用燃燒凈化技術時，應盡量避開爆炸極限濃 度范圍。 若生產(chǎn)過程中有多種物質(zhì)與空氣混合時，其爆炸極限可計算。 100 . abc A abc AAA 混= A混：幾種蒸汽與空氣混合后的爆炸極限 Aa、Ab、Ac：每種組分的爆炸極限% A、b、c各組分在幾種蒸汽混合物中的含量% 工業(yè)防毒技術 - 24 - 例如：一天然氣組成如下：甲烷例如：一天然氣組成如下：甲烷80%80%（L L下下=5.0%=5.0%）、乙烷）、乙烷15%15%（L L下下=3.22%=3.22%）、）、 丙烷丙烷4%4%（L L下

18、下=2.37%=2.37%）、丁烷）、丁烷1%1%（L L下下=1.86%=1.86%）求爆炸下限。）求爆炸下限。 Am=100/Am=100/（80/5+15/3.22+4/2.37+1/1.8680/5+15/3.22+4/2.37+1/1.86）=4.369 =4.369 工業(yè)防毒技術 - 25 - （四）火焰?zhèn)鞑ダ碚?1.熱傳播理論 這類理論認為：火焰?zhèn)鞑ナ且揽咳紵龝r所放出的熱量加熱周圍的氣體，使其達 到燃燒所需要的溫度而實現(xiàn)的。即火焰正常傳播是依靠氣體分子熱運動的導熱 方式將熱量從高溫的燃燒區(qū)(即火焰前沿)傳給與火焰臨近的低溫未燃氣體燃料， 使未燃的新鮮氣體燃料的溫度提高到著火溫度而

19、燃燒，燃燒的火焰就會一層層 地傳播到整個容器 因此，能否實現(xiàn)火焰?zhèn)鞑ブ饕c三個方面的因素有關：混合氣體中的含 氧量；混合氣體中含有可燃組分的濃度；輔助燃料燃燒過程中所放出的熱 量。當燃燒過程中放出的熱量不足以使周圍的氣體達到燃燒所需要的溫度，火 焰自然不能向外傳播；當助燃廢氣中的含氧量不足，燃燒過程難以進行，火焰 也不能傳播出去。 2.自由基連鎖反應理論 該種理論認為：在燃燒室中，火焰之所以能夠進行很快的氧化反應，就是因為 火焰中存在著大量活性很大的自由基。由于自由基是具有不飽和價的自由原子 或原子團，極易同其他的原子或自由基發(fā)生連續(xù)的連鎖反應，而使得火焰得以 傳播。 工業(yè)防毒技術 - 26

20、- 工業(yè)防毒技術 - 27 - 二、熱力燃燒機 （一）熱力燃燒機理 熱力燃燒的機理大致可以分為以下三個步驟。 (1)輔助燃料的燃燒提高熱量； (2)廢氣與高溫燃氣混合達到反應溫度； (3)廢氣中可燃組分氧化反應保證廢氣于反應溫度時所需要的駐留時間。 具體的流程圖1所示。 在整個熱力燃燒的過程中，是否用廢氣作為助燃氣體，要視廢氣中的含氧量的多少 而定，當廢氣中的含氧量足夠燃燒過程中的需氧量時，可以使部分廢氣作為助燃氣 體；當不夠時，則應以空氣作為助燃氣體，廢氣全部旁通。此外，輔助燃料用量的 多少與廢氣的初始溫度有很大關系。如廢氣的初溫低，消耗的輔助燃料就多；初溫 較高，消耗的輔助燃料就少。因此，

21、在工程設計中，利用燃燒過程中產(chǎn)生的預熱廢 氣可以節(jié)約大量的輔助燃料。 工業(yè)防毒技術 - 28 - 工業(yè)防毒技術 - 29 - ( (二二) )熱力燃燒的熱力燃燒的“三三T T”條件條件 “三三T T”條件指的是條件指的是反應溫度反應溫度(Reaction Temperature)(Reaction Temperature)、駐留時間駐留時間(Residential (Residential Time)Time)、湍流混合湍流混合(Turbulence Mix)(Turbulence Mix)。掌握。掌握“三三T T”條件對于熱力燃燒的過程是至條件對于熱力燃燒的過程是至 關重要的。關重要的。 1

22、 1反應溫度對熱力燃燒的影響反應溫度對熱力燃燒的影響 反應溫度反應溫度是指在所要求的反應時間和湍流混合條件下，使有毒有害物質(zhì)完成是指在所要求的反應時間和湍流混合條件下，使有毒有害物質(zhì)完成 氧化分解反應的溫度。在足夠的反應時間和湍流混合條件下，溫度升高會加速反氧化分解反應的溫度。在足夠的反應時間和湍流混合條件下，溫度升高會加速反 應的進行。應的進行。 反應溫度：不是反應可以進行的溫度是反應速度可達到要求時的溫度。反應溫度：不是反應可以進行的溫度是反應速度可達到要求時的溫度。 換言之：在一定的區(qū)域內(nèi)，可燃組分的銷毀達到設計要求所需要的溫度。換言之：在一定的區(qū)域內(nèi)，可燃組分的銷毀達到設計要求所需要的

23、溫度。 2 2駐留時間對熱力燃燒的影響駐留時間對熱力燃燒的影響 駐留時間駐留時間是指廢氣與高溫燃氣的混合時間，以及使冷廢氣溫度達到其反應是指廢氣與高溫燃氣的混合時間，以及使冷廢氣溫度達到其反應 溫度所需的時間。駐留時間一般取溫度所需的時間。駐留時間一般取燃燒室容積與混合氣體體積流量之比的平均值燃燒室容積與混合氣體體積流量之比的平均值。 燃燒爐的駐留時燃燒爐的駐留時間間 工業(yè)防毒技術 - 30 - 就燃燒反應時間來說，其變化范圍在小于就燃燒反應時間來說，其變化范圍在小于1/10s1/10s幾幾s s之間駐留時間充分，之間駐留時間充分， 可以使有害氣體的銷毀更機充分?？梢允褂泻怏w的銷毀更機充分。

24、 工業(yè)防毒技術 - 31 - 3 3湍流混合對于熱力燃燒的影響湍流混合對于熱力燃燒的影響 湍流混合湍流混合是指廢氣與空氣混合，以及廢氣與高溫燃氣的混合程度。是指廢氣與空氣混合，以及廢氣與高溫燃氣的混合程度。湍流混合湍流混合 的目的，實際上就是要增大可燃組分的分子與氧分子或自由基的碰撞機會，使其處的目的，實際上就是要增大可燃組分的分子與氧分子或自由基的碰撞機會，使其處 于分子接觸的水平，以保證所要求的銷毀率。于分子接觸的水平，以保證所要求的銷毀率。則取決于燃燒室的形狀、尺寸，以及則取決于燃燒室的形狀、尺寸，以及 燃燒器的型式和布置等。燃燒器的型式和布置等。 “三三T T”條件之間是具有內(nèi)在聯(lián)系的

25、，改變其中的任何一個條件，其他兩項都條件之間是具有內(nèi)在聯(lián)系的，改變其中的任何一個條件，其他兩項都 可以得到相應的改變。如提高反應溫度，使得反應速度加快，就可以適當?shù)亟档婉v可以得到相應的改變。如提高反應溫度，使得反應速度加快，就可以適當?shù)亟档婉v 留時間和湍流強度。然而，在這留時間和湍流強度。然而，在這“三三T T”條件中，條件中，延長駐留時間延長駐留時間會使設備體積增大；會使設備體積增大； 提高反應溫度提高反應溫度會使輔助燃料的消耗增加。因此，會使輔助燃料的消耗增加。因此，最經(jīng)濟的方法就是改善湍流混合最經(jīng)濟的方法就是改善湍流混合情情 況，以增大分子接觸的機會。這就需要在設計燃燒室的時候充分注意其

26、內(nèi)部的結構。況，以增大分子接觸的機會。這就需要在設計燃燒室的時候充分注意其內(nèi)部的結構。 工業(yè)防毒技術 - 32 - 圖圖3 溫度和時間對可燃組分氧溫度和時間對可燃組分氧 化速率的影響化速率的影響 工業(yè)防毒技術 - 33 - 三、熱力燃燒法的燃料消耗 熱力燃燒中所消耗的輔助燃料按照熱量衡算，只要滿足將 全部廢氣升溫到反應溫度（760-820）即可。廢氣中可燃組 分的熱值可以減少上述衡算中的輔助燃料用量。如果廢氣中 的可燃組分濃度高或者廢氣的初始溫度高，那么輔助燃料的 用量也會減少。 工業(yè)防毒技術 - 34 - 例例1.1.設有廢氣以熱力燃燒法凈化，需從設有廢氣以熱力燃燒法凈化，需從2020度升溫

27、到度升溫到760760度，用度，用 天然氣為輔助燃料，以廢氣助燃。使用天然氣為輔助燃料，以廢氣助燃。使用80%80%過量的助燃廢氣。過量的助燃廢氣。 廢氣所含可燃組分的熱值忽略不計。含氧量與空氣一樣。試廢氣所含可燃組分的熱值忽略不計。含氧量與空氣一樣。試 估算每凈化估算每凈化1000m31000m3廢氣需用天然氣多少立方米？助燃廢氣與廢氣需用天然氣多少立方米？助燃廢氣與 旁通廢氣各占百分比多少？旁通廢氣各占百分比多少？ 例例2 2 上例中設廢氣所含的可燃組分為酒精蒸汽上例中設廢氣所含的可燃組分為酒精蒸汽10g/m10g/m3 3, , 而酒而酒 精熱值精熱值 為為29730kJ/kg,2973

28、0kJ/kg,試估算每凈化試估算每凈化1000m1000m3 3廢氣所需的天然廢氣所需的天然 氣，以及助燃廢氣與旁通廢氣所占的百分比。氣，以及助燃廢氣與旁通廢氣所占的百分比。 工業(yè)防毒技術 - 35 - 第三節(jié)第三節(jié) 熱力燃燒爐熱力燃燒爐 熱力燃燒爐的主體結構分成兩部分：熱力燃燒爐的主體結構分成兩部分：一是燃燒器一是燃燒器，輔助燃料在其中燃燒，產(chǎn)生高，輔助燃料在其中燃燒，產(chǎn)生高 溫燃氣；溫燃氣； 二是燃燒室二是燃燒室，高溫燃氣與冷廢氣在燃燒室湍流混合，達到反應溫度并保持所需的，高溫燃氣與冷廢氣在燃燒室湍流混合，達到反應溫度并保持所需的 駐留時間。駐留時間。 針對不同的要求和火焰燃燒的情況，燃燒

29、器和燃燒室有各種不同的結構。針對不同的要求和火焰燃燒的情況，燃燒器和燃燒室有各種不同的結構。 一、配焰燃燒器系統(tǒng)一、配焰燃燒器系統(tǒng) 圖圖4 4為配焰式燃燒器系統(tǒng)，其工藝特點是：燃燒器將火焰配布成為許多布點成線為配焰式燃燒器系統(tǒng)，其工藝特點是：燃燒器將火焰配布成為許多布點成線 的小火焰，廢氣從火焰周圍流過去，迅速達到湍流混合。因此可以看出，該的小火焰，廢氣從火焰周圍流過去，迅速達到湍流混合。因此可以看出，該 種燃燒有種燃燒有火焰分散、混合程度高、燃燒凈化效率高火焰分散、混合程度高、燃燒凈化效率高等特點。但當廢氣貧氧，等特點。但當廢氣貧氧， 廢氣中含有易沉積的油焦或顆粒物。輔助燃料為油料時，這種系

30、統(tǒng)都不適用。廢氣中含有易沉積的油焦或顆粒物。輔助燃料為油料時，這種系統(tǒng)都不適用。 圖圖4 配焰燃燒器系統(tǒng)配焰燃燒器系統(tǒng) 工業(yè)防毒技術 - 36 - （一）結構類型（一）結構類型 根據(jù)燃燒結構的不同，該種形式的燃燒器又可分為根據(jù)燃燒結構的不同，該種形式的燃燒器又可分為火焰成線式燃燒器火焰成線式燃燒器( (見圖見圖5)5)、 多燒嘴式燃燒器多燒嘴式燃燒器( (見圖見圖6)6)和和格柵式燃燒器格柵式燃燒器( (見圖見圖7)7)。 圖圖5 5 火焰成線式的燃燒器火焰成線式的燃燒器( (帶側(cè)擋板帶側(cè)擋板) ) 圖圖6 多燒嘴式燃燒器系統(tǒng)多燒嘴式燃燒器系統(tǒng) 圖圖7 格柵式燃燒器格柵式燃燒器 工業(yè)防毒技術

31、- 37 - 火焰成線式燃燒器火焰成線式燃燒器的輔助燃料氣從下部管子引入，作為助燃氣體的廢氣從的輔助燃料氣從下部管子引入，作為助燃氣體的廢氣從V V形形 板側(cè)面的小孔引入，旁通廢氣從板側(cè)面的小孔引入，旁通廢氣從V V形板與側(cè)擋板間的縫隙引入。這就是該種形板與側(cè)擋板間的縫隙引入。這就是該種 燃燒器的特點。當壓力降為燃燒器的特點。當壓力降為392392266Pa(40mmH266Pa(40mmH2 2O)O)時，該種燃燒器形成的火時，該種燃燒器形成的火 焰短而穩(wěn)定，湍流混合程度較好。焰短而穩(wěn)定，湍流混合程度較好。 多燒嘴式燃燒器多燒嘴式燃燒器的輔助燃料氣從后面引入，廢氣分為兩路，助燃氣體和旁通氣的

32、輔助燃料氣從后面引入，廢氣分為兩路，助燃氣體和旁通氣 體的量通過調(diào)節(jié)體的量通過調(diào)節(jié)d d的大小來控制。該種燃燒器的助燃較好，與火焰成線式相的大小來控制。該種燃燒器的助燃較好，與火焰成線式相 比，不易熄火。但湍流混合不夠理想。因此，在燃燒室中應增設擋板或其比，不易熄火。但湍流混合不夠理想。因此，在燃燒室中應增設擋板或其 他措施，提高混合程度。他措施，提高混合程度。 格柵式燃燒器格柵式燃燒器的輔助燃料氣從底部分配管引入，廢氣從下部引入，該種燃燒器的輔助燃料氣從底部分配管引入，廢氣從下部引入，該種燃燒器 湍流混合較好，適用于廢氣流量較為穩(wěn)定的情況。但如壓力調(diào)節(jié)不當，會湍流混合較好，適用于廢氣流量較為

33、穩(wěn)定的情況。但如壓力調(diào)節(jié)不當，會 發(fā)生熄火情況。發(fā)生熄火情況。 工業(yè)防毒技術 - 38 - （二）設計問題（二）設計問題 針對配焰式燃燒器的結構，其燃燒室要注意解決以下的問題。針對配焰式燃燒器的結構，其燃燒室要注意解決以下的問題。 (1)(1)燃燒器的安裝位置燃燒器的安裝位置 為保證溫度分布均勻，反應完全，燃燒器應為保證溫度分布均勻，反應完全，燃燒器應 安置在斷面流速盡可能分布均勻的端處，而不要放置在渦流地帶。安置在斷面流速盡可能分布均勻的端處，而不要放置在渦流地帶。 (2)(2)燃燒室截面積燃燒室截面積 為保證足夠的湍流程度，應滿足：為保證足夠的湍流程度，應滿足： 矩形截面時：矩形截面時：Q

34、D/AQD/A10.810.8 圓形截面時：圓形截面時：Q/D Q/D 8.58.5 式中式中 Q Q總體積流量；總體積流量； D D直徑或當量直徑；直徑或當量直徑； A A截面積。截面積。 (3)(3)燃燒室內(nèi)設置擋板燃燒室內(nèi)設置擋板 由于燃燒室的邊壁效應或燃燒器的結構形式，由于燃燒室的邊壁效應或燃燒器的結構形式， 都有可能產(chǎn)生局部混合不好，為避免這種現(xiàn)象，應在火焰沖擊范都有可能產(chǎn)生局部混合不好，為避免這種現(xiàn)象，應在火焰沖擊范 圍以外裝設擋板，以提高湍流混合的程度。圍以外裝設擋板，以提高湍流混合的程度。 表表3-83-8反映了有無擋板之間的差別。反映了有無擋板之間的差別。 工業(yè)防毒技術 -

35、39 - 二、離焰式燃燒系統(tǒng) 圖8是一個離焰式燃燒系統(tǒng)裝置示意。這種燃燒系統(tǒng)的特點是高溫燃氣與 廢氣的混合是分離開的，而不像配焰系統(tǒng)那樣將火焰與廢氣一起分成 許多小股。所以，就混合效果來講，不如配焰系統(tǒng)。但是離焰式燃燒 器又具有以下優(yōu)點：由于火焰較長，不易熄火，輔助燃料既可以使用 燃料油，又可使用燃料氣(見圖9)，燃料氣與助燃氣體的流速可調(diào)幅度 大，工作壓力范圍寬。 圖圖8 8 使用離焰燃燒器的燃燒爐使用離焰燃燒器的燃燒爐 圖圖9 油氣兩用燃燒器油氣兩用燃燒器 工業(yè)防毒技術 - 40 - 因此，在克服離焰式燃燒系統(tǒng)混合問題上，出現(xiàn)許多方法。因此，在克服離焰式燃燒系統(tǒng)混合問題上，出現(xiàn)許多方法。

36、(1)(1)在圖在圖1010中，燃燒過程中火焰噴射產(chǎn)生的抽力將廢氣引入，然后在聯(lián)管中，燃燒過程中火焰噴射產(chǎn)生的抽力將廢氣引入，然后在聯(lián)管 處充分混合，克服了混合速度慢的問題。處充分混合，克服了混合速度慢的問題。 (2)(2)讓廢氣與火焰徑向進入燃燒室，增強橫向混合速度，利用這一點改善讓廢氣與火焰徑向進入燃燒室，增強橫向混合速度，利用這一點改善 混合情況。混合情況。 (3)(3)在燃燒室內(nèi)設置擋板在燃燒室內(nèi)設置擋板( (見圖見圖11)11)增加湍流強度，提高混合速度。但要注增加湍流強度，提高混合速度。但要注 意正確放置擋板。否則不僅不能改善混合情況，還會造成死角，惡化意正確放置擋板。否則不僅不能

37、改善混合情況，還會造成死角，惡化 混合情況，降低燃燒室的有效體積，減少駐留時間?；旌锨闆r，降低燃燒室的有效體積，減少駐留時間。 圖圖10 10 軸向火焰的噴射混合軸向火焰的噴射混合 圖圖11 燃燒室內(nèi)擋板的設置燃燒室內(nèi)擋板的設置 工業(yè)防毒技術 - 41 - 三、有關的工程設計問題三、有關的工程設計問題 （一）燃燒室形狀（一）燃燒室形狀 燃燒室不宜有燃燒室不宜有9090度或度或180180度的拐彎度的拐彎 （二）垂直燃燒爐火煙囪燃燒爐（二）垂直燃燒爐火煙囪燃燒爐 燃燒爐垂直安裝還是水平安裝，要看地點、面積、屋頂載重以及當?shù)刈畲箫L燃燒爐垂直安裝還是水平安裝，要看地點、面積、屋頂載重以及當?shù)刈畲箫L

38、速等條件。速等條件。 （三）（三）燃燒爐設計尺寸燃燒爐設計尺寸 四、熱量回收利用四、熱量回收利用 1.1.熱量回收熱量回收 2.2.熱凈化氣回收利用熱凈化氣回收利用 3.3.向廢熱利用設備供熱向廢熱利用設備供熱 工業(yè)防毒技術 例題設有一個熱力燃燒爐，用于處理凹版印刷車間 排出的含甲苯廢氣。廢氣含甲苯500mg/m3,但甲苯組 分的燃燒熱、升溫及比熱均忽略不計，廢氣的有關 物理參數(shù)按空氣計算。廢氣排出量為1500m3/h，排出 溫度20 燃燒爐使用天然氣，以廢氣助燃。有關的 空氣及燃料氣的特性參數(shù)見表3-4，3-5，3-6。試計 算燃燒爐的設計尺寸。 - 42 - 工業(yè)防毒技術 - 43 - 五

39、、利用鍋爐燃燒室進行熱力燃燒五、利用鍋爐燃燒室進行熱力燃燒 鍋爐作用燃燒凈化爐與熱力燃燒爐比較，其鍋爐作用燃燒凈化爐與熱力燃燒爐比較，其優(yōu)點優(yōu)點是：是： 1.1.不需要大量設備投資；不需要大量設備投資； 2.2.鍋爐起到供氣與凈化廢氣雙重作用；鍋爐起到供氣與凈化廢氣雙重作用； 3.3.對于廢氣凈化，不再需要輔助燃料或只需少量燃料；對于廢氣凈化，不再需要輔助燃料或只需少量燃料； 4.4.操作維護費用也只有一份操作維護費用也只有一份 5.5.少數(shù)情況下如果廢氣有較大熱值，還可節(jié)約燃料；少數(shù)情況下如果廢氣有較大熱值，還可節(jié)約燃料； 其其缺點缺點是：是： 1.1.如果廢氣流量相對較大，則鍋爐所耗燃料將

40、增加，壓力增大；如果廢氣流量相對較大，則鍋爐所耗燃料將增加，壓力增大； 2.2.可能因鍋爐的燃燒器、管子結垢，而增加維護費用；可能因鍋爐的燃燒器、管子結垢，而增加維護費用； 3.3.為凈化廢氣，無論蒸汽需用情況如何，鍋爐都需適當?shù)臒?；為凈化廢氣，無論蒸汽需用情況如何，鍋爐都需適當?shù)臒?4.4.一般應有幾臺鍋爐，其中一臺備用；一般應有幾臺鍋爐，其中一臺備用； 工業(yè)防毒技術 - 44 - 第四節(jié)第四節(jié) 催化燃燒原理催化燃燒原理 有機廢氣是石油化工、輕工、塑料、印刷、涂料等行業(yè)排 放的常見污染物，有機廢氣中常含有烴類化合物（芳烴、烷 烴、烯烴）、含氧有機化合物（醇、酮、有機酸等）、含氮、 硫、

41、鹵素及含磷有機化合物等。如對這些廢氣不加處理，直 接排入大氣將會對環(huán)境造成嚴重污染，危害人體健康。傳統(tǒng) 的有機廢氣凈化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃燒法等， 這些方法常有易產(chǎn)生二次污染、能耗大、易受有機廢氣濃度 和溫度限制等缺點。而新興的催化燃燒技術已由實驗階段走 向工程實踐，并逐漸應用于石油化工、農(nóng)藥、印刷、涂料、 電線加工等行業(yè)。 工業(yè)防毒技術 - 45 - 催化燃燒的基本原理 催化燃燒是典型的氣-固相催化反應，其實質(zhì)是活性氧 參與的深度氧化作用。在催化燃燒過程中，催化劑的作 用是降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反 應物分子富集于表面提高了反應速率，加快了反應的進 行。借助催化劑

42、可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下， 發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量 熱能，其反應過程為： 熱量 催化劑 OH 2 m nCOO4mnHC 222mn 工業(yè)防毒技術 - 46 - 催化燃燒是用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化催化燃燒是用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下氧化分解的凈化 方法。所以，催化燃燒又稱為方法。所以，催化燃燒又稱為催化化學轉(zhuǎn)化催化化學轉(zhuǎn)化。使廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化成無。使廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化成無 害物，甚至是有用的副產(chǎn)品，或者轉(zhuǎn)化成更容易從氣流中分離而被去除的害物，甚至是有用的副產(chǎn)品，或者轉(zhuǎn)化成更容易從氣流中分離而被去除的 物質(zhì)。由于催化

43、劑加速了氧化分解的歷程，大多數(shù)碳氫化合物在物質(zhì)。由于催化劑加速了氧化分解的歷程，大多數(shù)碳氫化合物在300300一一 450450的溫度時，通過催化劑就可以氧化完全。因此，與熱力燃燒法相比，的溫度時，通過催化劑就可以氧化完全。因此，與熱力燃燒法相比， 催化燃燒法所需的輔助燃料少，能量消耗低，設備設施的體積小。催化燃燒法所需的輔助燃料少，能量消耗低，設備設施的體積小。 環(huán)保催化劑的一般要求環(huán)保催化劑的一般要求 1.1.極高的凈化效率極高的凈化效率 催化劑具有高活性（使反應物轉(zhuǎn)化的能力）。催化劑具有高活性（使反應物轉(zhuǎn)化的能力）。 2.2.處理量大處理量大 3.3.抗毒能力強、化學穩(wěn)定性高、選擇性好抗

44、毒能力強、化學穩(wěn)定性高、選擇性好 4.4.高強度、高穩(wěn)定性；高強度、高穩(wěn)定性； 5.5.凈化設備結垢簡單、投資低；凈化設備結垢簡單、投資低； 6.6.要求不產(chǎn)生二次污染要求不產(chǎn)生二次污染 工業(yè)防毒技術 - 47 - 一個工業(yè)催化過程一般包括一個工業(yè)催化過程一般包括催化劑的選擇、催化操作條件的選擇和催化反催化劑的選擇、催化操作條件的選擇和催化反 應器的選擇應器的選擇及設計三個步驟。及設計三個步驟。 一、催化劑一、催化劑 1 1、 催化劑的主要性能指標催化劑的主要性能指標: :活性、選擇性、穩(wěn)定性活性、選擇性、穩(wěn)定性 催化劑活性催化劑活性 * : : : R R m A t m A th mg 催

45、化劑活性，kg/(h g) m:產(chǎn)品質(zhì)量,kg 反應時間， 催化劑質(zhì)量， 工業(yè)防毒技術 - 48 - 催化劑的選擇性 100%B 反應所得目的產(chǎn)物的物質(zhì)的量 通過催化劑床層的反應物物質(zhì)的量 催化劑的穩(wěn)定性 催化劑在化學反應過程中保持活性的能力，包括熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性 和化學穩(wěn)定性 工業(yè)防毒技術 - 49 - 2、催化劑的組成及種類 催化劑通常由主活性成分、助催化劑和載體組成 主活性物質(zhì)。能單獨對化學反應起催化作用。主活性物質(zhì)。能單獨對化學反應起催化作用。 助催化劑；本身沒有什么催化性能，但它的少量加入能明助催化劑；本身沒有什么催化性能，但它的少量加入能明 顯提高主活性物質(zhì)的催化性能。顯提高主

46、活性物質(zhì)的催化性能。 載體。用以承載主活性物質(zhì)和助催化劑，它的基本作用在載體。用以承載主活性物質(zhì)和助催化劑，它的基本作用在 于提供于提供大的比表面積大的比表面積以節(jié)約主活性物質(zhì)，并改善催化劑的傳以節(jié)約主活性物質(zhì)，并改善催化劑的傳 熱、抗熱沖擊和機械沖擊等物理性能。熱、抗熱沖擊和機械沖擊等物理性能。 目前催化劑的種類已相當多，按活性成分大體可分3類。 （1）貴金屬催化劑 工業(yè)防毒技術 鉑、鈀、釕等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的 催化活性，且使用壽命長，適用范圍廣，易于回收，因而是 最常用的廢氣燃燒催化劑。如我國最早采用的Pt-Al2O3催化 劑就屬于此類催化劑。但由于其資源稀少，價格昂

47、貴，耐中 毒性差，人們一直努力尋找替代品 （2）過渡金屬氫化物催化劑 作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強的過渡金屬氧化物， 對甲烷等烴類和一氧化碳亦具有較高的活性，同時降低了催 化劑的成本，常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理 工大學研制的含MnO2催化劑，在130及空速13000h-1的條件 下能消除甲醇蒸氣，對乙醛、丙酮、苯蒸氣的清除也很有效 果 - 50 - 工業(yè)防毒技術 - 51 - （3）復氧化物催化劑 一般認為，復氧化物之間由于存在結構或電子調(diào)變等相互作用，活性比相 應的單一氧化物要高。主要有以下兩大類： I鈣鈦礦型復氧化物 稀土與過渡金屬氧化物在一定條件下可以形

48、成具有天然鈣鈦礦型的復合氧 化物，通式為ABO3，其活性明顯優(yōu)于相應的單一氧化物。結構中一般A為 四面體型結構，B為八面體形結構，這樣A和B形成交替立體結構，易于取 代而產(chǎn)生品格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中 心，從而實現(xiàn)深度氧化反應。常見的有幾類如：BaCuO2、LaMnO3等。 II尖晶石型復氧化物 作為復氧化物重要的一種結構類型，以AB2X4表示.尖晶石亦具有優(yōu)良的深 度氧化催化活性，如對CO的催化燃燒起燃點落在低溫區(qū)（約80），對烴 類亦在低溫區(qū)可實現(xiàn)完全氧化.其中研究最為活躍的CuMn2O4尖晶石，對芳 烴的活性尤為出色，如使甲苯完全燃燒只需260，實現(xiàn)低溫催化

49、燃燒， 具有特別實際意義。 工業(yè)防毒技術 - 52 - 3、 催化劑負載方式 催化劑活性組分可通過下列方式沉積在載體上：(1)電沉積在 纏繞或壓制的金屬載體上；(2)沉積在顆粒狀陶瓷材料上；(3) 沉積在蜂窩結構的陶瓷材料上。 金屬載體催化劑一般是將金屬制成絲網(wǎng)或帶狀，然后將活性 組分沉積在其上。金屬載體催化劑的優(yōu)點是導熱性能好、機 械強度高，缺點是比表面積較小。陶瓷載體結構有顆粒狀及 蜂窩狀兩大類，陶瓷材料通常為硅-鋁氧化物。顆粒狀載體的 優(yōu)點是比表面積大，缺點是壓降大以及因載體間相互摩擦， 造成活性組分磨耗損失。蜂窩載體是比較理想的載體型式， 具有很高的比表面，壓力降較片粒柱狀低，機械強度

50、大，耐 磨、耐熱沖擊。 工業(yè)防毒技術 - 53 - 工業(yè)防毒技術 - 54 - 二、催化燃燒原理二、催化燃燒原理 （一）催化燃燒原理（一）催化燃燒原理 （二）催化氧化的轉(zhuǎn)化率與駐留時間（二）催化氧化的轉(zhuǎn)化率與駐留時間 1 1、催化氧化的轉(zhuǎn)化率、催化氧化的轉(zhuǎn)化率 實驗表明，催化劑床層中任何一點的氧化反應均為一級反應，即該點實驗表明，催化劑床層中任何一點的氧化反應均為一級反應，即該點 的氧化速率與該點濃度成正比。以微分式表示：的氧化速率與該點濃度成正比。以微分式表示： 常數(shù) 積分可得；將上式變數(shù)分離，兩邊 數(shù)。氧化反應的有效速率常 速率，即氧化速度；該點可燃組分濃度降低 留時間；廢氣在催化劑床層的

51、駐 可燃組分濃度；式中 效 效 效 效 K K K K c d c dc d dc c c d ln dc 工業(yè)防毒技術 - 55 - s K c c sK f f K f cfc cKc fc cK cc 駐留時間，廢氣通過催化劑床層的 常數(shù)，可燃組分氧化有效速率 層的轉(zhuǎn)化率；可燃組分通過催化劑床式中 變成指數(shù)形式后 ） 則有： ，催化氧化的轉(zhuǎn)化率為后的終濃度為床層，即經(jīng)歷駐留時間設廢氣通過整個催化劑 ，即可定出常數(shù)項偉，應用初始條件 效 催 催 效 催 初 催 終 初效終 催 終 初效 初初 效 1 1 )1ln( 1 ( lnln lnln ln,0 工業(yè)防毒技術 - 56 - 如果經(jīng)過

52、預熱后的廢氣含氧量超過可燃組分所需的如果經(jīng)過預熱后的廢氣含氧量超過可燃組分所需的2%2%以上，則氧化速率不依賴于以上，則氧化速率不依賴于 廢氣中氧的濃度。氧化轉(zhuǎn)化率有兩個因素的乘積所決定：廢氣中氧的濃度。氧化轉(zhuǎn)化率有兩個因素的乘積所決定： 一是廢氣通過催化劑床層的駐留時間；一是廢氣通過催化劑床層的駐留時間； 二是氧化過程的有效速率系數(shù)二是氧化過程的有效速率系數(shù)K K效 效 2 2、駐留時間、駐留時間 在催化劑研究中，在催化劑研究中， 稱為駐留時間或接觸時間，指反應氣體通過催化劑床層中自稱為駐留時間或接觸時間，指反應氣體通過催化劑床層中自 由空間所需的時間。接觸時間越短，表示同樣體積的催化劑處理

53、的廢氣越多，由空間所需的時間。接觸時間越短，表示同樣體積的催化劑處理的廢氣越多， 所以它是表示催化劑處理能力的參數(shù)之一，所以它是表示催化劑處理能力的參數(shù)之一， V V K s s f mm mV mV V V 氣 催 效 催 氣 催 氣 催 催化劑床層的空隙率， 廢氣的體積流量， 催化劑床層的體積，式中 1 / ;/ ; )( 33 3 3 工業(yè)防毒技術 - 57 - SVSV稱為稱為空間速度空間速度。通常以單位體積催化劑、每小時通過的氣體體積（換算。通常以單位體積催化劑、每小時通過的氣體體積（換算 至標準狀態(tài)）計算，至標準狀態(tài)）計算， SV=SV=廢氣的體積流量，廢氣的體積流量，m m3 3

54、/h/h 空間速度值越高，表示催化劑的處理能力越大?？臻g速度值越高，表示催化劑的處理能力越大。 線速度線速度指反應氣體在反應條件下通過催化劑床層自由截面積的速率，指反應氣體在反應條件下通過催化劑床層自由截面積的速率， 線速度線速度= = 催化劑體積，m3 反應條件下氣流的體積流速，m3/s 床層截面積空隙率，m2 工業(yè)防毒技術 - 58 - ( (三）有效速率常數(shù)三）有效速率常數(shù)K K效 效的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 1.1.催化過程機理催化過程機理 氣固相催化反應的過程分為以下七個步驟：氣固相催化反應的過程分為以下七個步驟： 反應物從氣流主體向催化劑外表面擴散反應物從氣流主體向催化劑外表面擴散(

55、 (外擴散過程外擴散過程) ) 反應物由催化劑外表面沿微孔方向向催化劑內(nèi)部擴散反應物由催化劑外表面沿微孔方向向催化劑內(nèi)部擴散( (內(nèi)擴散過程內(nèi)擴散過程) )； 反應物在催化劑的表面上被吸附反應物在催化劑的表面上被吸附( (吸附過程吸附過程) )； 吸附的反應物發(fā)生化學反應轉(zhuǎn)化成反應生成物吸附的反應物發(fā)生化學反應轉(zhuǎn)化成反應生成物( (表面反應過程表面反應過程) )； 反應生成物從催化劑表面上脫附反應生成物從催化劑表面上脫附( (脫附過程脫附過程) )： 脫附的生成物從微孔向外擴散到催化劑的外表面處脫附的生成物從微孔向外擴散到催化劑的外表面處( (內(nèi)擴散過程內(nèi)擴散過程) )； 生成物從催化劑外表面

56、擴散到主氣流中被帶走生成物從催化劑外表面擴散到主氣流中被帶走( (外擴散過程外擴散過程) )。 工業(yè)防毒技術 - 59 - 工業(yè)防毒技術 2、催化轉(zhuǎn)化的有效速率常數(shù) 化學反應和質(zhì)量傳遞兩個過程 - 60 - 111 = KKK 效化質(zhì) 111 = KKK 效化質(zhì) 工業(yè)防毒技術 - 61 - 三、催化燃燒的影響因素三、催化燃燒的影響因素 （一）催化劑性能的影響（一）催化劑性能的影響 通常用通常用活性、選擇性和穩(wěn)定性活性、選擇性和穩(wěn)定性來表示催化劑的性能。來表示催化劑的性能。 （1 1）活性）活性 活性是衡量催化劑加速化學反應速度的能力。工業(yè)上，催活性是衡量催化劑加速化學反應速度的能力。工業(yè)上，催

57、化劑的活性化劑的活性常用單位體積常用單位體積( (或質(zhì)量或質(zhì)量) )催催 化劑在一定溫度、壓力、反應物濃度和空速條件下，單位時間內(nèi)所吸附的有害物量。化劑在一定溫度、壓力、反應物濃度和空速條件下，單位時間內(nèi)所吸附的有害物量。 （2 2）選擇性）選擇性 當化學反應在熱力學上有幾個反應方向時，一種催化劑在一定條件下只對其中一個反當化學反應在熱力學上有幾個反應方向時，一種催化劑在一定條件下只對其中一個反 應方向起加速作用，這種特性稱為應方向起加速作用，這種特性稱為催化劑的選擇性（催化劑的選擇性（甲酸以氧化鋅作催化劑能分甲酸以氧化鋅作催化劑能分 解為氫氣和二氧化碳，以氧化鈦時生成一氧化碳和水）解為氫氣和

58、二氧化碳，以氧化鈦時生成一氧化碳和水） （3 3）穩(wěn)定性。）穩(wěn)定性。 催化劑在化學反應過程中保持活性的能力稱為催化劑在化學反應過程中保持活性的能力稱為催化劑的穩(wěn)定性。催化劑的穩(wěn)定性。它包括三個基本方它包括三個基本方 面，即面，即熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和抗毒穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和抗毒穩(wěn)定性。三者共同決定催化劑的使用期限。三者共同決定催化劑的使用期限。 所以通常用所以通常用壽命壽命來表示催化劑的穩(wěn)定性。來表示催化劑的穩(wěn)定性。 工業(yè)防毒技術 - 62 - 影響催化劑壽命的因素有影響催化劑壽命的因素有催化劑老化和中毒催化劑老化和中毒。 (1)(1)催化劑老化催化劑老化。老化是指在正常工作條件下逐漸失去活性的過程。老化是指在正常工作條件下逐漸失去活性的過程。 （低熔點活性組分流失、表面低溫燒結、內(nèi)部雜質(zhì)的遷移以及冷熱交（低熔點活性組分流失、表面