[工学]环保设备及应用——气固反应设备.ppt

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[工学]环保设备及应用——气固反应设备

第四节 气固催化反应设备 一、催化转化净化和催化剂 二、气固催化反应器 三、气态污染物的催化净化工艺 四、NOX的催化净化 五、气固催化反应器设计 一、催化转化净化和催化剂 (一)催化转化净化: 是指废气通过催化剂床层的催化反应,使其中的污染物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化方法。 优 点: ① 对不同浓度的污染物具有很高转化率; ② 污染物与主气流不需要分离,避免了可能产生的第二次污染; ③ 操作过程简化。 缺 点: 催化剂较贵,且废气预热需耗一定能量,这样使净化处理的费用增加。 (二)催化剂 1、组成 主活性组分 助催化剂 载体 2、催化剂的性能 活性 选择性 稳定性 (1)活性 衡量催化剂效能大小的标准。 公式表示为: 式中:A--------催化剂活性,kg/(h.g); W--------产品质量,kg; t----------反应时间,h; WR-------催化剂质量,g。 工业中,常把产品量换算为转化率X表示 (2)催化剂的选择性 是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时,一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作用的特征,表示为: 活性与选择性是催化剂本身最基本的性能指标,是选择和控制反应参数的基本依据,二者均可度量催化剂加速化学反应速度的效果,但反映问题的角度不同。 活性:催化剂对提高产品产量的作用; 选择性:表示催化剂对提高原料利用率的作用; (3)催化剂的稳定性 是催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。 包括: (1)热稳定性; (2)机械稳定性: (3)抗毒稳定性。 影响催化剂寿命的因素主要有: 催化剂的老化 催化剂的中毒 二、气固催化反应器 流化床反应器和固定床反应器。 固定床反应器优点: ①催化剂不易磨损,使用寿命长; ②床层内流体的流动接近于平推流,与返混式的反应器相比,可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。 ③由于停留时间可以严格控制,温度分布可以适当调节,因此特别有利于达到高的选择性和转化率,在大生产中尤为重要。 固定床反应器缺点: ①固定床中的传热较差; ②催化剂的更换必须停产进行。 (一)固定床催化反应器类型 固定床反应器 1. 绝热式反应器 它的结构简单,催化剂均匀堆置于床内,床内没有换热装置,预热到一定温度的反应物料流过床层进行反应就可以了。 两层绝热,层间间接冷却的情况 多段绝热床示意图 不论是吸热或放热的反应,绝热床的应用相当广泛。特别对大型的,高温的或高压的反应器,希望结构简单,同样大小的装置内能容纳尽可能多的催化剂以增加生产能力(少加换热空间),而绝热床正好能符合这种要求。不过绝热床的温度变化总是比较大的,而温度对反应结果的影响也是举足轻重的,因此如何取舍,要综合分析并根据实际情况来决定。此外还应注意到绝热床的高/径比不宜过大。 应用:近代的大型合成氨反应器采用的是中间冷激的多段绝热床。 2. 换热式反应器 换热式反应器以列管式为多。通常是在管内放催化剂,管间走热载体( 在用高压水或用高压蒸汽作热载体时,则把催化剂放在管间,而使管内走高压流体)。 列管式反应器优点: ① 传热较好,管内温度较易控制; ② 返混小、选择性较高; ③ 只要增加管数,便可有把握地进行放大; ④ 对于极强的放热反应,还可用同样粒度的惰性物料来稀释催化剂 适用:原料成本高,副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。 3.自热式反应器 反应前后的物料在床层中自己进行换热称作自热式反应器。 (二)气固反应器的选择 一般原则: 1、根据催化剂反应热的大小及催化剂的活性温度范围,选择合适的结构类型,保证床层温度控制在许可的范围内。 2、床层阻力应尽可能的小。 3、在满足温度条件下,应尽量使催化剂装填系数大,以提高设备利用率, 4、反应器应结构简单,便于操作,且造价低廉,安全可靠。 三、气态污染物的催化净化工艺 (一)催化净化法的一般工艺 催化法治理废气的一般工艺过程包括: (1) 废气预处理去除催化剂毒物级固体颗粒物(避免催化剂中毒); (2) 废气预热到要求的反应温度(如选择性催化还原去除NOX废气的预热温度须达200-220OC以上); (3)催化反应; (4)废热和副产品的回收利用等。 (二)催化净化装置的应用 1、SO2气体的催化净化 2、NOX的催化净化 3、汽车尾气的催化净化 四、NOX的催化净化 1、该法是利用不同还原剂,在一定的温度和催化剂作用下,将NOX还原为无害的N2和H2O。? 2、按还原剂是否与空气中的O2发生反应分为非选择性还原和选择性还原(用氨作还原剂对含N

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