催化反应设备(catalyst   reactor)

利用催化剂能加快化学反应速度或控制化学反应方向的特性，使气体混合物中的气态污染物转化为无害物或有用的副产品，或转化为更易去除的物质的气体净化装置，是气体净化设备的主要类型之一。催化反应设备已成功地应用于净化二氧化硫、氮氧化物、汽车尾气、有机气体和恶臭物质等方面。因为催化反应不是放热反应就是吸热反应，所以催化剂床层要控制一定的温度，需对反应器输出或输入必要的热量。

催化原理  催化剂在化学反应中的作用只是加快反应速度或改变反应方向，本身并不发生化学变化。根据催化剂和反应物系的状态将催化作用分为均相催化和多相催化两类。多数的气体净化属于多相催化，催化剂是固相，反应物是气相。催化转化法净化气态污染物，除具有干法净化的优点外，还有能在较低温度下进行化学反应，并获得其他方法不能得到的产品等优点。

自1875年发明了铂催化剂接触法制硫酸工艺以来，新催化剂的开发应用得到很快发展，特别是在石油化工、有机合成和环境工程中的广泛应用。催化机理很复杂，许多学者提出了各种催化理论，有固体电子理论、活性中心理论、活化络合物理论和多位活化络合物理论等。多相催化反应过程可分解为：反应物分子从气流中扩散到催化剂表面，反应物分子被催物剂表面吸附，反应物分子在催化剂表面上进行化学反应，生成物从催化剂表面上脱附和生成物向气相中扩散等五个步骤。可以看出，吸附是多相催化的必经阶段。催化剂的作用是使吸附在其表面上的反应物分子形成活化分子，使反应沿着低能量的新途径进行。催化剂不能使那些在热力学上不可能的反应发生，也不能改变反应所能达到的平衡，它只能改变化学反应达到平衡的速度。

催化剂可以是气体、液体或固体，其中固体催化剂在工业上应用最广。固体催化剂由活性物质、助催化剂和载体组成。净化不同的气体皆有专用的催化剂，其形状有球形、圆柱形、片形、网形和蜂窝形等。

催化反应器 气一固相催化反应器按床层状态分为固定床和流化床两种类型。

固定床催化反应器 按床层换热方式分为层内列管式换热器(图1，a)和外装换热器(图1，b)两种型式。被处理的气体从进气管1送入，经过催化剂层2，反应后的气体从排气管3排出。载热介质送入床层列管换热器4或器外换热器5，换热后排出。固定床催化反应器的优点是结构简单、造价低和易操作。它的缺点是催化剂层温度不均匀，当床层较厚或空间速度大时动力消耗高。

图1  固定床催化反应器结构示意图

a—层内列管换热方式；b—外部换热方式

1—进气管；2催化床层；3—排气管；4—床层列管换热器；5—器外换热器载热介质

流化床催化反应器 催化剂在气流的作用下呈流态化。图2为流化床催化反应器结构示意图。被处理的气体由下部进气管送入，经过流化床发生催化反应，再经高温过滤器分离催化剂后，由排气管排放。为防止催化剂颗粒堵塞过滤器，从上部喷入某种气体进行周期性反吹清灰。流化床内还设有列管式换热器，以控制反应温度。流化床催化反应器的优点是催化转化率高，床层中温度分布均匀，催化剂更换方便，它的缺点是催化剂有磨碎损失。

图2   流化床催化反应器结构示意图