催(cuī)化燃烧

概述(shù):催化燃烧(shāo)是典(diǎn)型的气一固相催化反(fǎn)应,其实质(zhì)是活性氧参与(yǔ)深度氧化(huà)作(zuò)用。在催化燃烧(shāo)过(guò)程中,催化剂的作(zuò)用是(shì)降低活(huó)化能(néng),同(tóng)时使反应物分子富集(jí)于表(biǎo)面(miàn)提高(gāo)了反应速率。借助催化剂(jì)可使有机废气在较低的起燃温度条件下,发(fā)生无(wú)焰燃烧,并氧(yǎng)化分解为CO2和H2O,同(tóng)时放出(chū)大量热能,其反应过程为:

 

一、催化燃烧的特点

1、起燃温度(dù)低.节省能源。有机废气催化燃烧与直接燃(rán)烧相比(bǐ),具有(yǒu)起燃温(wēn)度低(dī),能耗(hào)小的(de)显著特点。在某些情况下,达到(dào)起燃温度后便无(wú)需外界供热(rè)

2、适用范围广。催化燃烧(shāo)几乎可以处理所有(yǒu)的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机(jī)化工、涂料、绝缘(yuán)材料等(děng)行业排放的低浓度、多成分、又没有回收价值(zhí)的(de)废(fèi)气,采用吸附一催化燃烧法的处理(lǐ)效(xiào)果更好(hǎo)。

3、处理效率高(gāo),无二次污染用催化燃烧法处理有机废气(qì)的净化率一般都在95%以上,最终产物为无(wú)害的(de)CO2和(hé)H2O,因(yīn)此无二(èr)次污染问题。此外,由于温度低,能大量减少NOx,的生成(chéng)。

 

二、催(cuī)化(huà)剂的(de)组成和活性

1、催(cuī)化剂及(jí)载体

催化(huà)剂通常都是由活(huó)性成分、助剂和载体(tǐ)等组成,催化反应(yīng)的活(huó)性组分负载在较大比表面积的(de)载体上,在催化反应中,载体的作用除了负(fù)载(zǎi)分散活性组分外,还可以增加催化(huà)剂的稳定(dìng)性(xìng)、选择性和活性等。所(suǒ)以,催化剂的活性不仅依赖(lài)于催化剂活性组分的(de)分布(bù),还依赖于(yú)载体颗粒大小和化学状态,即(jí)催化剂载体对催化效果(guǒ)和寿命有很(hěn)大(dà)的影响(xiǎng)。催化剂活性成分可(kě)分为贵(guì)金属、非贵金属氧化物:贵金(jīn)属Pt、Pd是低温催化燃烧最常用的催(cuī)化剂,其优点是具有较高的催化活性(xìng)、良好的抗毒性,缺(quē)点是(shì)活性(xìng)组分(fèn)容易挥发和烧(shāo)结(jié),其(qí)次是价(jià)格(gé)昂(áng)贵;非贵金(jīn)属催化剂主(zhǔ)要有过(guò)渡(dù)金属铜(tóng)、锰、铬等的氧化物(wù)以(yǐ)及钙钛(tài)矿型复合氧化物催化剂,价格相对较低(dī),耐高温(wēn)热稳定性(xìng)较(jiào)好(hǎo),不足之处是催化活性相对较低,起燃(rán)温度要求(qiú)较高(gāo)。

2、催化剂中(zhōng)毒及(jí)防治催化剂中毒主(zhǔ)要有三(sān)种类型

(1)催(cuī)化剂完全中(zhōng)毒。毒物与催化剂活性中心生成了结合(hé)力(lì)很(hěn)强的物质,不能用一般方法将(jiāng)它去除或根(gēn)本(běn)无法去除。

(2)抑制催化(huà)反应。卤素和硫的(de)化合物易与(yǔ)活性中心结合,此作用是(shì)可逆(nì)的。

(3)沉积覆(fù)盖活性中心。燃烧所(suǒ)致碳沉积、陶瓷粉尘和其他颗(kē)粒物堵塞活性中心(xīn),影响催(cuī)化剂吸附能力,使其活(huó)性下降。

 

三、催化燃(rán)烧工艺(yì)流程

根(gēn)据废气预热方式及富集方式,催化燃烧(shāo)工艺(yì)流(liú)程(chéng)可(kě)分为预热式、自然热平(píng)衡和吸附(fù)-催(cuī)化燃烧三种(zhǒng)。

减少催化剂活(huó)性的衰减措施如(rú)下:按操作(zuò)规程精(jīng)准地控(kòng)制反应条件;对(duì)废气进(jìn)行预处理,防止催化剂中毒;当(dāng)催化剂表面结碳时(shí),吹入过量空气并(bìng)提高燃烧温度,去除表面结碳;改进(jìn)催化剂制备工艺,提高催化剂耐(nài)热(rè)性(xìng)和抗毒能(néng)力。

 

四、催化燃(rán)烧(shāo)工艺流(liú)程

根据废气预热方式及(jí)富集方(fāng)式,催化燃(rán)烧工艺流(liú)程可(kě)分为预(yù)热式(shì)、自然(rán)热平衡和吸附-催化燃(rán)烧(shāo)三种。

1、预热式

这是催化燃(rán)烧的最基本流程形(xíng)式(见图1)。有机废气温度(dù)在(zài)100℃以下,浓度也较低,热量(liàng)不能自给,因此在进入反应器前需要在预热室加热(rè)升温(wēn)。燃烧(shāo)净化后气体在热交换器内与未处理废气进行热交换,以回收部分(fèn)热量(liàng)。该工艺通常采用煤气或电加热升温至催化(huà)反(fǎn)应所需(xū)的起燃温度。

2、自身热平衡式

当有机废气排出温(wēn)度高(gāo)于起(qǐ)燃(rán)温度(在300℃ 左右)且(qiě)有(yǒu)机物含量较高,热交换器回收部分净化气 体所产(chǎn)生的热量(liàng),在正(zhèng)常操作下(xià)能够维持热(rè)平衡(héng),无需补充热量,通常只需要在催化燃烧反应器中设置(zhì)电加热器(qì)供起燃时使用。

3、吸附-催化燃烧

当有机废气的流量大(dà)、浓度低、温度低、采(cǎi)用催化燃烧(shāo)需耗大量燃料时(shí),可先(xiān)采用吸(xī)附手段(duàn)将(jiāng)有机废气吸(xī)附于吸附剂t进行(háng)浓(nóng)缩,然后通过热空气吹扫,使有机(jī)废气脱附成为浓缩(suō)了的高浓度有机废气(可浓缩10倍以上(shàng)),再进行催化燃烧。此时,不(bú)需(xū)要(yào)补充热源,就可维(wéi)持正常(cháng)运行。

 

五、催(cuī)化燃烧的(de)应用

1、催(cuī)化燃烧在汽车尾气净化(huà)方(fāng)面的应用

汽车尾气催化净化是将排气管CO、CH和NO x借助汽(qì)车尾部安装(zhuāng)的催化转(zhuǎn)化器,发(fā)生催化反应转化为(wéi)CO 2、H 2 O和N 2,此催(cuī)化(huà)剂为三元催化剂。为防止催化剂中毒(dú),必须使用硫(liú)、铅含量低的燃油。在大量过剩氧气的存在下,具备原(yuán)位NO x 还原能力催(cuī)化剂(jì)的(de)发展(zhǎn),可实现汽(qì)车发动(dòng)机节(jiē)约燃油25%。随着新材(cái)料(liào)的应用以及(jí)低硫含量汽油的推广,催化燃烧技术市场(chǎng)前景广(guǎng)阔。

2、催化(huà)燃烧在(zài)处(chù)理二(èr)噁英气体方面的应用

催化燃烧技术用于处理二噁英气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下,二噁英的去除率达到99%,二噁英(yīng)浓度可降至0.1ng/m 3 以下。废气中多氯联苯并呋喃等二噁英(yīng)前驱物(wù)质基本完(wán)全分解(jiě),氮氧化物(wù)发生选择(zé)性催化还原反应,生(shēng)成无害的氮气。

3、催化燃烧在处理工(gōng)业有机废气方面的应用(yòng)

石油化(huà)工、油漆、涂料、轮胎制造等(děng)工(gōng)业生产过程中都(dōu)涉及到有机(jī)挥发化合物的使(shǐ)用和排(pái)放(fàng)。这些挥发(fā)性(xìng)有(yǒu)机物(VOCs)如不经(jīng)处理直排大(dà)气,会对环(huán)境造成严重(chóng)的污染。催(cuī)化燃烧净化处理技(jì)术,将有机物(wù)分(fèn)子(zǐ)在催化剂表面作用发生(shēng)深(shēn)度氧化转化为无害的二氧化碳和水。催化燃烧(shāo)技术(shù)已由试(shì)验(yàn)转入工(gōng)程实(shí)践阶(jiē)段,并(bìng)逐渐应用于石油化工、农(nóng)药、印(yìn)刷(shuā)、涂料等行(háng)业有机(jī)废气净(jìng)化处理(lǐ)。

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