3.5案例 3.5.1工业废气催化燃烧反应器的开发 石油化工厂排放的工业废气常含有少量对人体有害的可燃组份，如烃类化合物和C0等。回 收利用这些低浓度气体在经济上显然不合理。利用废气中的氧，通过催化燃烧，使绝大部分有 害气体转化为C02和水蒸汽，以便排放。 对于这类并不生产特定产品的废气处理过程，特别应该注意以下四方面。()高的转化率 (如>90%)，以达到环境保护的要求。(b)低的反应器压降，以尽可能降低操作费用。(c)低的 气体预热温度，以节约能耗。()由于反应放热效应很大，因而应采用尽可能低的反应温度， 以减少对催化剂和反应器可能的损害。 这四个方面多少存在着矛盾。不惜成本地达到第()个目标并不困难，但是要兼顾到所有 这些方面，需要考虑诸多工程上的问题。首先从催化剂考虑，应该具有活性高、阻力低、表 面大等性能，以便用较薄的床层就可实现高转化率以及低压降。选用非贵金属蜂窝状催化剂 进行试验。这种催化剂呈整块状，由大量直径约为1.5mm的孔道构成。最初用于汽车尾气处理， 它具有压降低和外表积大的优点。其次，本系统所应考虑的只是转化率，不存在选择性问题。 在选定催化剂以后，要保证高的转化率，最理想的是过程应在外扩散控制条件下进行。如达 到外扩散控制（反应速率极高），相当低的绝热床层就可保证高的转化率。但本过程是否能达到 外扩散控制？催化剂与转化率这两个问题构成了本过程的基本特征。 (1)过程分析 任何催化反应过程速率的客观行为大体上可分为内部（反应和传质）控制和外扩散控制两类。 前者表现为，随反应温度提高，表观速率相位提高，固体温度与气体温度之间没有极明显的差 别。后者表现为，随气体温度的变化，催化剂温度会在某一条件下产生突跃。在突跃点以外 催化剂的温度变化是平缓的。另一个标志是，催化剂或处在高温（外扩散控制，又可看作“着 火”)态，或处在低温（缓慢的反应成为控制步骤，又可看作“熄火”）态：催化剂呈现多重定 态，没有中间过渡状态。 由于上述两种完全不同的速率宏观行为，所需的对策也完全不同。因而首要的问题是确定 究竞是否为外扩散控制。为此进行的简单的预实验是，切一块10mm×0mm的催化剂，在一个 孔道内插入热电偶.两端用耐火泥封口，以保证所测的为催化剂温度。将该小块催化剂置于 一无梯度反应器中。缓慢升高反应器温度，使反应速率逐渐增高，并分别测定气相和催化剂相 温度，观察是否存在催化剂温度突跃。实验证实了催化剂温度的突跃。图为以丁烯为可燃组 份（浓度为3000×10-1）时逐步提高气体温度(T)，所观察到的催化剂温度T变化，表明当反应气 体温度达到某一值时，催化剂温度会骤然上升，或称“着火”。当逐步降低气体温度，可以 观察到虽然降至着火温度以下，但催化剂尚处在着火态，直到降至“熄火”温度，才出现催化 剂温度的骤降。催化剂着火后，反应由传质控制，因而反应动力学的特征退居次要。催化剂的 高温区必会由于热量传递扩大，使床层着火。 。下行试吐 上行试松 450 500 T3.5 案例 3.5.1 工业废气催化燃烧反应器的开发 石油化工厂排放的工业废气常含有少量对人体有害的可燃组份，如烃类化合物和CO等。回 收利用这些低浓度气体在经济上显然不合理。利用废气中的氧，通过催化燃烧，使绝大部分有 害气体转化为CO2和水蒸汽， 以便排放。 对于这类并不生产特定产品的废气处理过程，特别应该注意以下四方面。(a)高的转化率 (如>90%)， 以达到环境保护的要求。(b)低的反应器压降，以尽可能降低操作费用。(c)低的 气体预热温度，以节约能耗。(d)由于反应放热效应很大，因而应采用尽可能低的反应温度， 以减少对催化剂和反应器可能的损害。 这四个方面多少存在着矛盾。不惜成本地达到第(a)个目标并不困难，但是要兼顾到所有 这些方面，需要考虑诸多工程上的问题。首先从催化剂考虑， 应该具有活性高、阻力低、表 面大等性能， 以便用较薄的床层就可实现高转化率以及低压降。选用非贵金属蜂窝状催化剂 进行试验。这种催化剂呈整块状，由大量直径约为1．5mm的孔道构成。最初用于汽车尾气处理， 它具有压降低和外表积大的优点。其次，本系统所应考虑的只是转化率，不存在选择性问题。 在选定催化剂以后， 要保证高的转化率， 最理想的是过程应在外扩散控制条件下进行。如达 到外扩散控制(反应速率极高)，相当低的绝热床层就可保证高的转化率。但本过程是否能达到 外扩散控制?催化剂与转化率这两个问题构成了本过程的基本特征。 （1） 过程分析 任何催化反应过程速率的客观行为大体上可分为内部(反应和传质)控制和外扩散控制两类。 前者表现为，随反应温度提高，表观速率相砬提高，固体温度与气体温度之间没有极明显的差 别。后者表现为， 随气体温度的变化，催化剂温度会在某一条件下产生突跃。在突跃点以外， 催化剂的温度变化是平缓的。另一个标志是， 催化剂或处在高温(外扩散控制，又可看作“着 火”)态，或处在低温(缓慢的反应成为控制步骤，又可看作“熄火”)态；催化剂呈现多重定 态，没有中间过渡状态。 由于上述两种完全不同的速率宏观行为，所需的对策也完全不同。因而首要的问题是确定 究竟是否为外扩散控制。为此进行的简单的预实验是，切一块l0mm×l0mm 的催化剂，在一 个 孔道内插入热电偶． 两端用耐火泥封口，以保证所测的为催化剂温度。将该小块催化剂置于 一无梯度反应器中。缓慢升高反应器温度，使反应速率逐渐增高，并分别测定气相和催化剂相 温度，观察是否存在催化剂温度突跃。实验证实了催化剂温度的突跃。图l为以丁烯为可燃组 份(浓度为3000×10-1)时逐步提高气体温度(T) ，所观察到的催化剂温度T 变化，表明当反应气 体温度达到某一值时，催化剂温度会骤然上升，或称“着火” 。当逐步降低气体温度，可以 观察到虽然降至着火温度以下，但催化剂尚处在着火态，直到降至“熄火”温度，才出现催化 剂温度的骤降。催化剂着火后，反应由传质控制，因而反应动力学的特征退居次要。催化剂的 高温区必会由于热量传递扩大，使床层着火