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1、空气污染物治理的催化技术第1页，本讲稿共21页空气中污染物v主要污染物:COx、NOx、SOx、VOCs、粉尘v污 染 类 型:动态源、静态源v动 态 源：机动车尾气造成的v静 态 源：发电、水泥、锅炉、焚烧炉等产生第2页，本讲稿共21页动态源（机动车尾气）净化动态源（机动车尾气）净化催化技术催化技术v汽车尾气的危害汽车尾气的危害vHC+NOx 光化学烟雾光化学烟雾vCO 可使人窒息的致命性气体可使人窒息的致命性气体v微粒微粒 可形成可形成“阴霾阴霾”天气天气第3页，本讲稿共21页汽车尾气催化净化v现在减少汽车排放尾气中有害气体的有效方法就是采用“三效三效”催化催化剂剂。v三效催化三效催化剂剂
2、，是指将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气的催化。第4页，本讲稿共21页三效催化剂尾气净化原理vNOx的还原NOCO0.5N2CO2NOH20.5N2H2OvCO及CHx的氧化CO0.5O2CO24CH5O24CO22H2O最佳空燃比为14.6第5页，本讲稿共21页三效催化剂的组成v活性组分：Pt、Pd和Rhv载体第一载体：堇青石(多孔陶瓷)第二载体：-Al2O3 助剂(稀土、碱土和过渡金属)第6页，本讲稿共21页第7页，本讲稿共21页载体特点v载 体：陶瓷或合金（2-4m2/g）v陶瓷载体：主要是MgO2（14%)、AI2O3（36%)
3、和SiO2（50%)和少量Na2O、Fe2O3、CaO(通常是圆柱体或椭圆体)v特点：抗热冲击性能好，热膨胀系数低，压力降低，强度高、比表面积大，适合高温条件。v合金载体：不锈钢、Ni-Cr、Fe-Cr-Al等（蜂窝状）v特点：机械强度大、传热性、抗震性好、寿命长、压降低v缺点：成本高、重量大 第8页，本讲稿共21页第二载体v涂 层:具有高比表面的无机氧化物涂层 20-100m2/g，也叫第二载体 v常用Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2等及复合物v对涂层的要求 1)有有较较高的高的热稳热稳定性定性 2）增）增强强涂涂层层中某重要中某重要组组分的分的热稳热稳定性。如定性。如Al2
4、O3 3）协协助或改善催化助或改善催化组组分的功能分的功能 CeO2、ZrO2、La2O3是首选的涂层辅助材料 CeO2：良好的储氧化合物 2CeO2 Ce2O3+0.5O2 ZrO2：可与CeO2形成固溶体提高热稳定性 La2O3：改善Pd的催化性能，增加NO吸附，促进CO，HC与水的反应等第9页，本讲稿共21页贵金属活性组分v早期：Fe、Co、Ni等铁系过渡元素-效果不理想v目前：Pt、Rh、Pd等效果好v 贵贵金属与金属与过过渡金属相比渡金属相比：活性高活性高 分散性好分散性好 耐毒性强耐毒性强第10页，本讲稿共21页第11页，本讲稿共21页 Pt:能有效促进CO、HC氧化，促进水煤气的
5、变换反应 但对促进NOx还原能力不及Rh，但还原气氛中易使 NOx还原成NH3。Rh:是催化NOx的主要组分，在氧化气氛下还原为N2。高温时的主要产物是N2，低温、无氧产物主要是NH3 氧浓度较高时,不能对NOx进行有效的还原。对CO氧化及HC的水蒸气重整也有明显催化作用 热稳定性、抗毒性不如Pt。贵金属的作用第12页，本讲稿共21页Pd:起燃活性好、热稳定性高，能有效促进CO、HC转化 但铅和硫比较敏感 高温下会与Pt、Rh形成合金，阻碍Rh的活性。三种贵金属的催化作用是相互协调的，互补的！三种贵金属的催化作用是相互协调的，互补的！三效催化剂的失活 实际工况：复杂（温度、空速、组成、流动条件
6、等）失活类型 可逆：通常在低温条件下 不可逆：通常在高温条件下，中毒第13页，本讲稿共21页第14页，本讲稿共21页静态源净化处理催化技术v氮氧化物(NOx)是常见的5种氮的氧化物的统称，包括N2O、NO、N2O3、NO2和N2O5，其中NO和NO2在大气环境中的比例最高，是现今大气中的主要污染物之一。NOx的存在会引起光化学烟雾、酸雨、温室效应和臭氧层破坏等重大环境问题，同时具有生物呼吸毒性，对生态环境和人类健康造成了巨大的危害。v消除消除NOxvNOx催化分解选择性催化还原法（SCR法）效率达99%第15页，本讲稿共21页选择性催化还原法 SCRvSCR是指在是指在氧气氧气和非均相催化剂存
7、在条件下，用还原剂和非均相催化剂存在条件下，用还原剂NH3将将烟气中的烟气中的NOx还原为无害的氮气和水的工艺。还原为无害的氮气和水的工艺。v这种工艺之所以称作选择性，是因为还原剂这种工艺之所以称作选择性，是因为还原剂NH3优先优先与烟气中的与烟气中的NOx反应，而不是被烟气中的反应，而不是被烟气中的O2氧化。烟气中氧化。烟气中O2的存在能促进反应，的存在能促进反应，是反应中不可缺少的部分。是反应中不可缺少的部分。v经验和实践证明，经验和实践证明，SCR是脱除燃煤烟气中氮氧化物最有效的方是脱除燃煤烟气中氮氧化物最有效的方法。法。第16页，本讲稿共21页 反应原理反应原理 SCR是以是以氨氨为还
8、原剂，液氨或氨水由蒸发器蒸发后为还原剂，液氨或氨水由蒸发器蒸发后喷入系统中，烟气温度约喷入系统中，烟气温度约290400在催化剂的作用下，在催化剂的作用下，氨气将烟气中的氨气将烟气中的NOx还原为氮气和水。其化学反应方程式还原为氮气和水。其化学反应方程式为：为：（主导地位主导地位）第17页，本讲稿共21页 NH3NH3一般不与一般不与O2O2反应，但反应，但NOxNOx完全还原后便可反应完全还原后便可反应 4NH3+5O24NO+6H2O 4NH3+3O22N2+6H2O 2 NH3+2O2N2O+3H2O 温度对还原反应影响极大 T300，NH3与O2反应显著 T210，易生成亚硝铵和硝铵
9、2NH3+2NO2+2H2ONH4NO2+NH4NO3 易堵塞管道引起爆炸 第18页，本讲稿共21页第19页，本讲稿共21页各类催化剂的性能比较如下表所示各类催化剂的性能比较如下表所示催化剂催化剂离子交换的离子交换的沸石分子筛沸石分子筛贵金属贵金属负载型金负载型金属氧化物属氧化物催化活性催化活性中中-高高高高中中-高高选择性选择性高高低低高高活性温度活性温度高高低低较高较高活性温度活性温度窗口窗口中中狭窄狭窄中中H2O对活性对活性的抑制的抑制很强很强弱弱中中SO2对活性对活性的抑制的抑制中中弱弱中中第20页，本讲稿共21页 催 化 剂：Pt应用最早，活性温度窗口窄热电厂V2O5/SIO2、MoO3/Al2O3、WO3/Al2O3燃气轮机分子筛催化剂最好 蜂窝状催化剂应用广泛第21页，本讲稿共21页