1.催化凈化方法基本原理
催化法凈化氣態(tài)污染物是利用催化劑的催化作用，使廢氣中的有害組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為無(wú)害物或易于去除物質(zhì)的一種方法。
(1)催化劑 在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)， 向反應(yīng)系統(tǒng)中加人數(shù)量很少的某些物質(zhì)，可使反應(yīng)進(jìn)行的速率明顯加快，而在反應(yīng)終了時(shí)，這些物質(zhì)的量及性質(zhì)幾乎不發(fā)生變化，加入的這些物質(zhì)被稱為催化劑。
催化劑一般是由多種物質(zhì)組成的復(fù)雜體系，按各物質(zhì)所起作用的不同主要分為： a.活性組分，是催化劑能加速反應(yīng)的關(guān)鍵組分； b.載體，是分散、負(fù)載活性組分的支撐物；C.助催化劑，是改善催化劑活性及熱穩(wěn)定等性能的添加物。
催化劑在使用中除具有加快反應(yīng)速度的作用(催化活性)外，還對(duì)反應(yīng)具有特殊的選擇性，即一種催化劑只對(duì)某一特定反應(yīng)具有明顯的加速作用。催化劑的活性與選擇性是衡量催化劑性能好壞的最主要的指標(biāo)。
催化劑必須在適宜的操作條件下使用。特別是反應(yīng)溫度的變化對(duì)催化劑的使用壽命有著明顯的影響，各種催化劑都有各自的使用溫度范圍(活性溫度范圍)，在此溫度范圍內(nèi)，催化劑對(duì)反應(yīng)具有明顯的加速作用；溫度過(guò)高，會(huì)使催化劑燒毀而導(dǎo)致活性的喪失。此外，使用時(shí)間的延長(zhǎng)、操作條件控制不當(dāng)、某些對(duì)催化劑具有毒害作用的物質(zhì)的存在，都會(huì)導(dǎo)致催化劑活性的降低乃至使活性完全喪失。
(2)催化作用及催化凈化 催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響叫做催化作用，催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的活性和選擇性都是催化作用的表現(xiàn)。
2.催化反應(yīng)流程
目前在氣態(tài)污染物治理中，應(yīng)用較多的催化反應(yīng)類型有：
(1)催化氧化反應(yīng) 此法是在催化劑的作用下，利用氧化劑(如空氣中的氧)將廢氣中的有害物氧化為易回收、易去除的物質(zhì)。如用催化氧化法將廢氣中的SO2氧化為SO3，進(jìn)而制成硫酸。
(2)催化還原反應(yīng) 該法是在催化劑的作用下，利用還原劑將廢氣中的有害物還原為無(wú)害物或易去除物質(zhì)。如用催化還原法將廢氣中的NOx還原為N2和水。
(3)催化燃燒反應(yīng) 催化燃燒實(shí)際上是徹底的催化氧化，即在氧化催化劑的作用下，將廢氣中的可燃組分或可高溫分解組分徹底氧化成為CO2和H2O,使氣體得到凈化。
由于每種催化劑都有各自的活性溫度范圍，因此必須要使被處理廢氣達(dá)到一定的溫度才能進(jìn)行正常的反應(yīng)；由于上述反應(yīng)一般均為放熱反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)后的高溫氣體應(yīng)該進(jìn)行熱量回收；又由于催化劑本身對(duì)灰塵和毒物敏感，故對(duì)進(jìn)氣要求有預(yù)處理。因此，在催化反應(yīng)流程中一般應(yīng)包括有預(yù)處理、預(yù)熱、反應(yīng)、熱回收等部分，但可根據(jù)不同的條件和要求，進(jìn)行不同的配置。催化燃燒流程如圖3-20所示。圖3-20(a)為無(wú)熱量回收的一般形式，應(yīng)用于處理氣量較小的情況；圖3-20(b)為有回收熱量預(yù)熱反應(yīng)進(jìn)氣的流程形式，應(yīng)用較為普遍；圖3-20(c)和圖3-20(d)為進(jìn)一步將熱量回收利用的流程形式，應(yīng)用于處理氣量大或放熱量多的場(chǎng)合。
3.催化反應(yīng)設(shè)備
在催化凈化工程中，最常用的設(shè)備為固定床催化反應(yīng)器，按其結(jié)構(gòu)形式分，基本上有以下三類。
(1) 管式反應(yīng)器 該種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意如圖3-21所示，有多管式與列管式之分。在多管式反應(yīng)器中，催化劑裝填在管內(nèi)，換熱流體在管間流動(dòng)；列管式的催化劑裝在管間，換熱流體則在管內(nèi)流動(dòng)。列管式反應(yīng)器由于催化劑裝卸不便而很少應(yīng)用。
(2)擱板式反應(yīng)器 擱板式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意如圖3-22所示。擱板式反應(yīng)器屬于絕熱式反應(yīng)器，反應(yīng)床層與外界環(huán)境基本上無(wú)熱量交換。多段式反應(yīng)器就是在催化劑層之間設(shè)置換熱裝置，以利于反應(yīng)熱的移出。
(3)徑向反應(yīng)器 前面兩種類型的反應(yīng)器，反應(yīng)氣流均沿設(shè)備軸向流動(dòng)。而在徑向反應(yīng)器中，反應(yīng)氣流是沿設(shè)備的徑向流動(dòng)，氣流流程短，因而阻力降小，動(dòng)力消耗少，且可采用較細(xì)的催化劑顆粒，但它也屬于絕熱反應(yīng)器，對(duì)熱效應(yīng)大的反應(yīng)不適用。徑向固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖3-23所示。
4.催化凈化法特點(diǎn)
催化方法凈化效率較高，凈化效率受廢氣中污染物濃度影響較小；在治理廢氣過(guò)程中，無(wú)需將污染物與主氣流分離，可直接將主氣流中的有害物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物，避免了二次污染。但所需催化劑一般價(jià)格較貴，需專門(mén)制備。催化劑本身易被污染，因此對(duì)進(jìn)氣品質(zhì)要求高；此外，廢氣中的有害物質(zhì)很難作為有用物質(zhì)進(jìn)行回收；不適于間歇排氣的治理過(guò)程等也限制了它的應(yīng)用。
本文引自王純、張殿印.廢氣處理工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012
