1.催化凈化方法基本原理

催化法凈化氣態污染物是利用催化劑的催化作用，使廢氣中的有害組分發生化學反應并轉化為無害物或易于去除物質的一種方法。

 (1)催化劑   在進行化學反應時， 向反應系統中加人數量很少的某些物質，可使反應進行的速率明顯加快，而在反應終了時，這些物質的量及性質幾乎不發生變化，加入的這些物質被稱為催化劑。

催化劑一般是由多種物質組成的復雜體系，按各物質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的關鍵組分； b.載體，是分散、負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定等性能的添加物。

催化劑在使用中除具有加快反應速度的作用(催化活性)外，還對反應具有特殊的選擇性，即一種催化劑只對某一特定反應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。

催化劑必須在適宜的操作條件下使用。特別是反應溫度的變化對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，催化劑對反應具有明顯的加速作用；溫度過高，會使催化劑燒毀而導致活性的喪失。此外，使用時間的延長、操作條件控制不當、某些對催化劑具有毒害作用的物質的存在，都會導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  催化劑對化學反應的影響叫做催化作用，催化劑對化學反應的活性和選擇性都是催化作用的表現。

2.催化反應流程

目前在氣態污染物治理中，應用較多的催化反應類型有：

(1)催化氧化反應  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。如用催化氧化法將廢氣中的SO2氧化為SO3，進而制成硫酸。

(2)催化還原反應  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害物或易去除物質。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  催化燃燒實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到一定的溫度才能進行正常的反應；由于上述反應一般均為放熱反應，對反應后的高溫氣體應該進行熱量回收；又由于催化劑本身對灰塵和毒物敏感，故對進氣要求有預處理。因此，在催化反應流程中一般應包括有預處理、預熱、反應、熱回收等部分，但可根據不同的條件和要求，進行不同的配置。催化燃燒流程如圖3-20所示。圖3-20(a)為無熱量回收的一般形式，應用于處理氣量較小的情況；圖3-20(b)為有回收熱量預熱反應進氣的流程形式，應用較為普遍；圖3-20(c)和圖3-20(d)為進一步將熱量回收利用的流程形式，應用于處理氣量大或放熱量多的場合。

3.催化反應設備

在催化凈化工程中，最常用的設備為固定床催化反應器，按其結構形式分，基本上有以下三類。

(1) 管式反應器  該種反應器結構示意如圖3-21所示，有多管式與列管式之分。在多管式反應器中，催化劑裝填在管內，換熱流體在管間流動；列管式的催化劑裝在管間，換熱流體則在管內流動。列管式反應器由于催化劑裝卸不便而很少應用。

(2)擱板式反應器   擱板式反應器的結構示意如圖3-22所示。擱板式反應器屬于絕熱式反應器，反應床層與外界環境基本上無熱量交換。多段式反應器就是在催化劑層之間設置換熱裝置，以利于反應熱的移出。

(3)徑向反應器   前面兩種類型的反應器，反應氣流均沿設備軸向流動。而在徑向反應器中，反應氣流是沿設備的徑向流動，氣流流程短，因而阻力降小，動力消耗少，且可采用較細的催化劑顆粒，但它也屬于絕熱反應器，對熱效應大的反應不適用。徑向固定床反應器結構如圖3-23所示。

4.催化凈化法特點

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；在治理廢氣過程中，無需將污染物與主氣流分離，可直接將主氣流中的有害物轉化為無害物，避免了二次污染。但所需催化劑一般價格較貴，需專門制備。催化劑本身易被污染，因此對進氣品質要求高；此外，廢氣中的有害物質很難作為有用物質進行回收；不適于間歇排氣的治理過程等也限制了它的應用。

本文引自王純、張殿印.廢氣處理工程技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2012