空氣污染物治理的催化技術(shù)

1、空氣污染物治理空氣污染物治理的催化技術(shù)的催化技術(shù)空氣中污染物v主要污染物: cox、nox、sox、vocs、粉塵v污 染 類(lèi) 型: 動(dòng)態(tài)源、靜態(tài)源v動(dòng) 態(tài) 源： 機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣造成的v靜 態(tài) 源： 發(fā)電、水泥、鍋爐、焚燒爐等產(chǎn)生動(dòng)態(tài)源（機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣）凈化動(dòng)態(tài)源（機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣）凈化催化技術(shù)催化技術(shù)v汽車(chē)尾氣的危害汽車(chē)尾氣的危害vhc + nox 光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧vco 可使人窒息的致命性氣體可使人窒息的致命性氣體v微粒微粒 可形成可形成“陰霾陰霾”天氣天氣汽車(chē)尾氣催化凈化v現(xiàn)在減少汽車(chē)排放尾氣中有害氣體的有效方法就是采用“三效三效”催化劑催化劑。v三效催化劑三效催化劑，是指將汽車(chē)尾氣排出的co、h

2、c和nox等有害氣體通過(guò)氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的二氧化碳、水和氮?dú)獾拇呋?。三效催化劑尾氣凈化原理vnox的還原noco0.5n2co2noh20.5n2h2ovco及chx的氧化co0.5o2co24ch5o24co22h2o最佳空燃比為14.6三效催化劑的組成v活性組分：pt、pd和rhv載體第一載體：堇青石(多孔陶瓷)第二載體：-al2o3 助劑(稀土、堿土和過(guò)渡金屬)載體特點(diǎn)v載 體：陶瓷或合金（2-4m2/g）v陶瓷載體：主要是mgo2（14 %)、ai2o3 （36 %) 和sio2 （50%)和少量na2o、fe2o3、 cao(通常是圓柱體或橢圓體)v特點(diǎn)：抗熱沖擊性能好，熱膨

3、脹系數(shù)低，壓力降低，強(qiáng)度高、比表面積大，適合高溫條件。v合金載體：不銹鋼、ni-cr、fe-cr-al等（蜂窩狀）v特點(diǎn)：機(jī)械強(qiáng)度大、傳熱性、抗震性好、壽命長(zhǎng)、壓降低v缺點(diǎn)：成本高、重量大 第二載體v涂 層: 具有高比表面的無(wú)機(jī)氧化物涂層 20-100m2/g，也叫第二載體 v常用al2o3、sio2、mgo、ceo2、zro2等及復(fù)合物v對(duì)涂層的要求 1) 有較高的熱穩(wěn)定性有較高的熱穩(wěn)定性 2）增強(qiáng)涂層中某重要組分的熱穩(wěn)定性。如）增強(qiáng)涂層中某重要組分的熱穩(wěn)定性。如al2o3 3）協(xié)助或改善催化組分的功能）協(xié)助或改善催化組分的功能 ceo2、zro2 、la2o3是首選的涂層輔助材料 ceo2

4、：良好的儲(chǔ)氧化合物 2ceo2 ce2o3+0.5o2 zro2：可與ceo2形成固溶體提高熱穩(wěn)定性 la2o3：改善pd的催化性能，增加no吸附，促進(jìn)co，hc與水的反應(yīng)等貴金屬活性組分v早期：fe、co、ni等鐵系過(guò)渡元素-效果不理想v目前：pt、rh、pd等效果好v 貴金屬與過(guò)渡金屬相比貴金屬與過(guò)渡金屬相比： 活性高活性高 分散性好分散性好 耐毒性強(qiáng)耐毒性強(qiáng) pt : 能有效促進(jìn)co、hc氧化，促進(jìn)水煤氣的變換反應(yīng) 但對(duì)促進(jìn)nox還原能力不及rh，但還原氣氛中易使 nox還原成nh3。 rh: 是催化nox的主要組分，在氧化氣氛下還原為n2。 高溫時(shí)的主要產(chǎn)物是n2，低溫、無(wú)氧產(chǎn)物主要是

5、nh3 氧濃度較高時(shí),不能對(duì)nox進(jìn)行有效的還原。 對(duì)co氧化及hc的水蒸氣重整也有明顯催化作用 熱穩(wěn)定性、抗毒性不如pt。貴金屬的作用pd : 起燃活性好、熱穩(wěn)定性高， 能有效促進(jìn)co、hc轉(zhuǎn)化 但鉛和硫比較敏感 高溫下會(huì)與pt、rh形成合金，阻礙rh的活性。 三種貴金屬的催化作用是相互協(xié)調(diào)的，互補(bǔ)的！三種貴金屬的催化作用是相互協(xié)調(diào)的，互補(bǔ)的！三效催化劑的失活 實(shí)際工況：復(fù)雜（溫度、空速、組成、流動(dòng)條件等） 失活類(lèi)型 可逆：通常在低溫條件下 不可逆：通常在高溫條件下，中毒靜態(tài)源凈化處理催化技術(shù)v氮氧化物(nox)是常見(jiàn)的5種氮的氧化物的統(tǒng)稱(chēng)，包括n2o、no、n2o3、no2和n2o5，其中

6、no和no2在大氣環(huán)境中的比例最高，是現(xiàn)今大氣中的主要污染物之一。nox的存在會(huì)引起光化學(xué)煙霧、酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞等重大環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)具有生物呼吸毒性，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成了巨大的危害。v消除消除noxvnox催化分解選擇性催化還原法（scr法）效率達(dá)99%選擇性催化還原法 scrvscr是指在是指在氧氣氧氣和非均相催化劑存在條件下，用還原劑和非均相催化劑存在條件下，用還原劑nh3將煙氣中的將煙氣中的nox還原為無(wú)害的氮?dú)夂退墓に?。還原為無(wú)害的氮?dú)夂退墓に?。v這種工藝之所以稱(chēng)作選擇性，是因?yàn)檫€原劑這種工藝之所以稱(chēng)作選擇性，是因?yàn)檫€原劑nh3優(yōu)先優(yōu)先與煙氣與煙氣中的中的nox反應(yīng)

7、，而不是被煙氣中的反應(yīng)，而不是被煙氣中的o2氧化。煙氣中氧化。煙氣中o2的存的存在能促進(jìn)反應(yīng)，是反應(yīng)中不可缺少的部分。在能促進(jìn)反應(yīng)，是反應(yīng)中不可缺少的部分。v經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明，經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明，scr是脫除燃煤煙氣中氮氧化物最有效的是脫除燃煤煙氣中氮氧化物最有效的方法。方法。 反應(yīng)原理反應(yīng)原理 scr是以是以氨氨為還原劑，液氨或氨水由蒸發(fā)器為還原劑，液氨或氨水由蒸發(fā)器蒸發(fā)后噴入系統(tǒng)中，煙氣溫度約蒸發(fā)后噴入系統(tǒng)中，煙氣溫度約290400在催化在催化劑的作用下，氨氣將煙氣中的劑的作用下，氨氣將煙氣中的nox還原為氮?dú)夂退?。還原為氮?dú)夂退?。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：其化學(xué)反應(yīng)方程式為：ohnononh2223

8、6444 催化劑322224236nhnoonh o 催化劑（主導(dǎo)地位主導(dǎo)地位） nh3nh3一般不與一般不與o2o2反應(yīng)，但反應(yīng)，但noxnox完全還原后便可反應(yīng)完全還原后便可反應(yīng) 4nh3+5o24no+6h2o 4nh3+3o22n2+6h2o 2 nh3+2o2n2o+3h2o 溫度對(duì)還原反應(yīng)影響極大 t300， nh3與o2反應(yīng)顯著 t210 ，易生成亞硝銨和硝銨 2nh3+2no2+2h2onh4no2+ nh4no3 易堵塞管道引起爆炸 各類(lèi)催化劑的性能比較如下表所示各類(lèi)催化劑的性能比較如下表所示催化劑催化劑離子交換的離子交換的沸石分子篩沸石分子篩貴金屬貴金屬負(fù)載型金負(fù)載型金屬氧化物屬氧化物催化活性催化活性中中-高高高高中中-高高選擇性選擇性高高低低高高活性溫度活性溫度高高低低較高較高活性溫度活性溫度窗口窗口