广东旭景环境谈废气治理——催化净化方法

1.催化净化方法基本原理

        催化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，使废气中的有害组分发生化学反应并转化为无害物或易于去除物质的一种方法。

        (1)催化剂   在进行化学反应时， 向反应系统中加人数量很少的某些物质，可使反应进行的速率明显加快，而在反应终了时，这些物质的量及性质几乎不发生变化，加入的这些物质被称为催化剂。

        催化剂一般是由多种物质组成的复杂体系，按各物质所起作用的不同主要分为： a.活性组分，是催化剂能加速反应的关键组分； b.载体，是分散、负载活性组分的支撑物；C.助催化剂，是改善催化剂活性及热稳定等性能的添加物。

        催化剂在使用中除具有加快反应速度的作用(催化活性)外，还对反应具有特殊的选择性，即一种催化剂只对某一特定反应具有明显的加速作用。催化剂的活性与选择性是衡量催化剂性能好坏的最主要的指标。

        催化剂必须在适宜的操作条件下使用。特别是反应温度的变化对催化剂的使用寿命有着明显的影响，各种催化剂都有各自的使用温度范围(活性温度范围)，在此温度范围内，催化剂对反应具有明显的加速作用；温度过高，会使催化剂烧毁而导致活性的丧失。此外，使用时间的延长、操作条件控制不当、某些对催化剂具有毒害作用的物质的存在，都会导致催化剂活性的降低乃至使活性完全丧失。

        (2)催化作用及催化净化  催化剂对化学反应的影响叫做催化作用，催化剂对化学反应的活性和选择性都是催化作用的表现。

2.催化反应流程

        目前在气态污染物治理中，应用较多的催化反应类型有：

        (1)催化氧化反应  此法是在催化剂的作用下，利用氧化剂(如空气中的氧)将废气中的有害物氧化为易回收、易去除的物质。如用催化氧化法将废气中的SO2氧化为SO3，进而制成硫酸。

        (2)催化还原反应  该法是在催化剂的作用下，利用还原剂将废气中的有害物还原为无害物或易去除物质。如用催化还原法将废气中的NOx还原为N2和水。

        (3)催化燃烧反应  催化燃烧实际上是彻底的催化氧化，即在氧化催化剂的作用下，将废气中的可燃组分或可高温分解组分彻底氧化成为CO2和H2O,使气体得到净化。

 

        由于每种催化剂都有各自的活性温度范围，因此必须要使被处理废气达到一定的温度才能进行正常的反应；由于上述反应一般均为放热反应，对反应后的高温气体应该进行热量回收；又由于催化剂本身对灰尘和毒物敏感，故对进气要求有预处理。因此，在催化反应流程中一般应包括有预处理、预热、反应、热回收等部分，但可根据不同的条件和要求，进行不同的配置。催化燃烧流程如图3-20所示。图3-20(a)为无热量回收的一般形式，应用于处理气量较小的情况；图3-20(b)为有回收热量预热反应进气的流程形式，应用较为普遍；图3-20(c)和图3-20(d)为进一步将热量回收利用的流程形式，应用于处理气量大或放热量多的场合。

3.催化反应设备

        在催化净化工程中，最常用的设备为固定床催化反应器，按其结构形式分，基本上有以下三类。

        (1) 管式反应器  该种反应器结构示意如图3-21所示，有多管式与列管式之分。在多管式反应器中，催化剂装填在管内，换热流体在管间流动；列管式的催化剂装在管间，换热流体则在管内流动。列管式反应器由于催化剂装卸不便而很少应用。

        (2)搁板式反应器   搁板式反应器的结构示意如图3-22所示。搁板式反应器属于绝热式反应器，反应床层与外界环境基本上无热量交换。多段式反应器就是在催化剂层之间设置换热装置，以利于反应热的移出。

  

        (3)径向反应器   前面两种类型的反应器，反应气流均沿设备轴向流动。而在径向反应器中，反应气流是沿设备的径向流动，气流流程短，因而阻力降小，动力消耗少，且可采用较细的催化剂颗粒，但它也属于绝热反应器，对热效应大的反应不适用。径向固定床反应器结构如图3-23所示。

4.催化净化法特点

        催化方法净化效率较高，净化效率受废气中污染物浓度影响较小；在治理废气过程中，无需将污染物与主气流分离，可直接将主气流中的有害物转化为无害物，避免了二次污染。但所需催化剂一般价格较贵，需专门制备。催化剂本身易被污染，因此对进气品质要求高；此外，废气中的有害物质很难作为有用物质进行回收；不适于间歇排气的治理过程等也限制了它的应用。