第5章环境保护催化与环境友好催化技术课件.ppt
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1、第五章 环境保护催化与环境友好催化技术,5.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生5.2 空气污染治理的催化技术5.3 工业废液的催化净化技术5.4 大气层保护与催化技术5.5 环境友好的催化技术(自学、作业-上网查找环境友好催化技术的案例)5.6 光催化在环境科学中的应用,t课件,t课件,现代大都市的空气污染会不会再造成伦敦烟雾事件?,t课件,石油污染最严重的地区-墨西哥湾,t课件,酸雨使我国大量的林木被毁,t课件,臭氧层是唯一保护地球生命不受紫外线强烈伤害的屏障,t课件,环境催化: 指用于减少环境不容物排放的催化技术环境催化的特点:涉及的范围更广推广到整个工业生产和日常生活领域中的污染治理
2、反应条件苛刻,t课件,环境催化的研究内容:,对污染的治理 将污染物转化成无害物质,或回收加以利用;在生产过程或化学反应过程中减少污染的排放,直至无污染排放;用新的原料、催化剂取代对环境有害的物质或开辟新的副产物少、选择性高的催化反应路径。,t课件,5.2 空气污染治理的催化技术,影响大气环境主要污染物: COx、NOx、 SOx、 VOCs(挥发性有机物)、微粒尘埃等。,t课件,污染物产生源头:,t课件,5.2.1 动态源的净化处理和三效催化剂,1、汽车尾气的主要污染物,一氧化碳()碳氢化合物()氮氧化物(x)硫氧化物(x)颗粒物(铅化合物、黑烟、油雾等)臭气(甲醛、丙烯醛等),t课件,2、三
3、效催化剂TWC (Three Way Conversion Catalyst),三效催化剂: 以Pt-Pd-Rh为主催化剂,能同时有效地对、和X进行催化转化。,t课件,对车用三效催化剂的主要要求起燃温度低,有利于降低汽车冷启动时的排气污染物排放有较高的储氧能力,以补偿过量空气系数的波动耐高温,不易热老化对杂质不敏感,不易中毒极少产生H2S、NH3等物质价格合适,三效催化剂尾气净化原理,t课件,NOx的还原,以NO为例:,NO + CO 1/2 N2 + CO2,NO + H2 1/2 N2 + H2O,Rh对N2的生成有良好的活性和选择性,是催化剂的主要部分。,三效催化剂上发生的化学反应,t课
4、件,CO和HC的氧化,其他反应,CO + 1/2 O2 CO2 4HC + 5O2 4CO2 + 2H2O,Pt,Pd是除去CO, HC的有效金属组分。,2HC + 4H2O 2CO2 + H2 CO + H2O CO2 + H2,汽车尾气净化主要发生了氧化-还原反应。三效催化转化器能同时降低3种排气污染物,只有在空燃比等于14.6时才能达到最优化。因为NOx的还原需要H2、CO和HC等作为还原剂。,t课件,三效催化剂组成,第一载体,第二载体,t课件,(一)第一载体,1、陶瓷材料(多孔堇青石) 组成:2MgO2Al2O35SiO2) 特点:抗热冲击性能优越,具有很低的热膨胀系数。,2、合金载体
5、(不锈钢、Ni-Cr,Fe-Cr-Al) 特点:机械强度大,传热快、抗震性好、压降低、寿命长等。,t课件,(二)第二载体(涂层),-得到高的比表面积,涂层材料须满足的条件:,有较高的热稳定性 增强涂层中某重要组分的热稳定性 协助或改善某些催化组分的功能,常用涂层材料:Al2O3、SiO2、MgO、CeO2、ZrO2、La2O3等,t课件,(三)贵金属活性组分,目前普遍采用Pt、Rh、Pd贵金属作活性组分。,Pt:能有效促进CO和HC的氧化催化,Rh:主要催化NOX的还原,Pd:主要用于催化CO和HC的转化,t课件,三效催化剂的性能影响因素及失活,性能影响因素:,载体选择及设计、基面涂层、活性贵
6、金属的配比、整体催化剂的制备方法等,还包括转化器的结构设计及操作运转情况。,失活:,基质破裂、基面涂层相变、活性组分迁移、贵金属烧结等。,t课件,催化转化率不能满足更苛刻的要求。大多数催化剂高温活性好,低温活性差,这极大地影响催化转化效果。 催化剂易热失效、中毒失效。热失效催化剂在高温作用下发生烧结和晶粒长大,导致活性下降。 催化剂中毒失效可以分成化学中毒和机械中毒。高温下催化剂的热劣化和S、P、Pb中毒极大地缩短了催化剂的使用寿命。 冷启动问题,汽车尾气中60%80%的有毒气体是在冷启动2分钟内产生的,必须着手改善催化剂的低温活性,三效催化剂存在的问题,t课件,贫燃时催化效率降低,使常规的三
7、效催化剂能控制CO和HC排放,但几乎无法控制NOx的排放。 通过NOx的分解治理NOx不需要还原剂:2NO=N2+O2。但活化能太高,尚无突破性进展。NOx 催化还原效率还有待进一步提高。 热稳定性不高。大多数催化剂的热稳定性还不甚理想,其耐热冲击能力弱,热抗震性能差。 当前汽车广泛应用的催化剂大多还是贵金属或贵金属掺杂其他金属氧化物型,成本仍然很高。,t课件,5.2.2 静态源的净化处理催化技术,主要污染物:,COx(CO、CO2)、NOx(NO、N2O、NO2)、SOx以及NH3 、烃类。,CO2和CH4 是温室气体,NOx与烃类相互作用导致光化学烟雾,SOx、 NOx会产生酸雨,破坏生态
8、环境,t课件,光化学反应使NO2分解为NO和O3,大气中臭氧对人体健康十分有害。光化学烟雾中对植物有害的成分主要为臭氧和氮氧化合物:臭氧浓度超过0.1ppm时便对植物产生危害。NO2浓度达1ppm时,某些植物便会受害。氮氧化物在大气的催化反应中可形成硝酸。美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾,附近农作物一夜之间严重受害;6.5万公顷的森林,29严重受害,33中等受害,其余38也受轻度损害。,t课件,不同浓度的NO2对人体健康的影响,t课件,1、NO的催化分解,必须使用催化剂加速分解,常用的催化剂为:Pt/Al2O3及一些非负载型的过渡金属氧化物,例
9、如Co3O4、NiO、Fe2O3和ZrO2等。,t课件,2、NOx的催化还原脱除,-选择性催化还原法 (SCR),还原剂: NH3,还原产物: N2 和H2O,催化剂: 一般为过渡金属氧化物,负载于载体上如TiO2/SiO2,V2O5/SiO2,MoO3/Al2O3等。,t课件,SCR法优点:,(1) 还原剂基本上不与氧反应,避免了无谓消耗,同时大大减小了反应热,催化床温度变化小易于控制;(2)催化剂易得,选择余地大;(3) 还原剂NH3相对易得,起燃温度低反应热低,床温通常低于300,有利于延长催化剂寿命和降低反应器对材料要求。,t课件,SCR催化技术工业应用,根据催化剂反应器在锅炉尾部烟道
10、的位置,有三种方案:(1)SCR单元直接至于锅炉之后,净化烟道气(2)在静电除尘器和空气预热器之间(3)布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后,t课件,静电除尘器,NH3储罐蒸发器,去湿法烟气脱硫系统,NH3,NH3,SCR反应器置于空气预热器前的高尘烟气中,t课件,SCR反应器置于空气预热器与静电除尘器之间,锅炉,静电除尘器,SCR反应器,空气预热器,NH3,NH3+空气,湿法烟气脱硫系统,空气,去烟囱,空气,NH3储罐蒸发器,t课件,SCR反应器布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后,锅炉,静电除尘器,SCR反应器,空气预热器,NH3,NH3+空气,湿法烟气脱硫系统,空气,气/气加热器,去烟囱
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- 关 键 词:
- 环境保护 催化 环境友好 技术 课件
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