催化燃(rán)烧

概述:催化燃烧是典型的气一固相催化反应,其(qí)实质是活性(xìng)氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂(jì)的作用是降低(dī)活化能,同(tóng)时(shí)使反应(yīng)物分子(zǐ)富(fù)集(jí)于表面提高了反应(yīng)速率。借助催(cuī)化剂可(kě)使(shǐ)有机废气在(zài)较(jiào)低的(de)起燃温度条件下,发生无焰燃(rán)烧,并(bìng)氧化分解(jiě)为CO2和H2O,同时放出(chū)大量热能,其反应过(guò)程为(wéi):

 

一、催化(huà)燃烧的特点

1、起燃温度低.节(jiē)省能(néng)源。有机废气催化燃烧与(yǔ)直接燃烧相比,具有起燃温(wēn)度低,能耗小的显著特点。在某些情况下(xià),达到起燃温度后(hòu)便无需外界供热

2、适用范围广。催化燃(rán)烧几乎可以处(chù)理所有的烃类有机废气及恶臭气体。对(duì)于有机化工、涂料、绝缘材(cái)料等行业排放的低浓度(dù)、多成(chéng)分、又没(méi)有回收价值的废气,采用吸(xī)附一催化(huà)燃(rán)烧法的处(chù)理效果更(gèng)好。

3、处理效率高,无二次污染(rǎn)用催化燃(rán)烧法(fǎ)处(chù)理有机废气的净化率一般都在95%以(yǐ)上,最终产物为无(wú)害的CO2和H2O,因此无二次污染问题。此外,由于温度低,能大量减少NOx,的(de)生成。

 

二、催化剂的组成和活性

1、催化剂及载体

催(cuī)化(huà)剂通常都是由活性成分(fèn)、助剂(jì)和载体等(děng)组成,催化反应的活(huó)性组分负(fù)载(zǎi)在较大(dà)比表面积的载体上,在催化反应中,载体的作用除了负载分散活(huó)性组分外(wài),还可(kě)以增加(jiā)催化剂的稳(wěn)定性、选择性和活性(xìng)等。所以(yǐ),催化剂的活性(xìng)不仅依赖于催(cuī)化剂活性组分的分布,还依(yī)赖于载体颗粒(lì)大小和化学(xué)状态,即催化剂载体对(duì)催化效(xiào)果(guǒ)和寿命有(yǒu)很大的影响。催化剂活性成分可分为贵金属、非贵金属氧(yǎng)化物(wù):贵金(jīn)属Pt、Pd是低温催化燃烧最常用的(de)催化(huà)剂,其(qí)优点是(shì)具有较(jiào)高的催化活性(xìng)、良好的抗(kàng)毒性,缺点是活性组分容易挥(huī)发和(hé)烧结,其次是价格昂贵;非贵金属催化剂主要有(yǒu)过渡(dù)金(jīn)属铜、锰、铬等(děng)的氧化(huà)物以及钙钛矿(kuàng)型(xíng)复合氧化物催化剂,价格(gé)相对较低,耐高温热(rè)稳定性较好,不足(zú)之(zhī)处是催化活性(xìng)相(xiàng)对较低,起燃温度要求较高。

2、催化剂中毒(dú)及防治催化剂中(zhōng)毒主(zhǔ)要有三种类型(xíng)

(1)催化剂(jì)完全中毒(dú)。毒(dú)物与催化剂活(huó)性中心生(shēng)成了结合力(lì)很(hěn)强(qiáng)的(de)物质,不能用一般(bān)方(fāng)法将它去(qù)除或(huò)根本无(wú)法去除。

(2)抑制(zhì)催化反应。卤素和(hé)硫的化合(hé)物易与(yǔ)活性中心结合,此作用(yòng)是可(kě)逆的。

(3)沉积覆盖活性中心。燃烧所致碳沉积、陶(táo)瓷(cí)粉尘和其他(tā)颗粒物(wù)堵(dǔ)塞(sāi)活(huó)性中(zhōng)心,影响催化剂吸附能力,使其活性下降。

 

三(sān)、催化燃烧工(gōng)艺(yì)流程(chéng)

根据废(fèi)气预热方式及富集方式,催化燃烧工艺流程可分为预热式、自然热(rè)平衡和吸附-催化燃烧三种。

减少催化剂活性的衰减措(cuò)施(shī)如下:按操作规程精准地控制反应条件(jiàn);对废(fèi)气进行预处理,防止(zhǐ)催化剂中毒;当催化剂表面结碳(tàn)时,吹(chuī)入过量空气并提高燃烧温度,去除表面结碳;改进催化(huà)剂制备(bèi)工艺,提高(gāo)催化(huà)剂耐热(rè)性和(hé)抗毒能力。

 

四、催化燃烧工艺流程

根据废(fèi)气(qì)预热方式及富集(jí)方式,催化燃烧工艺流程(chéng)可(kě)分为预热(rè)式、自然热平衡和吸附-催化燃烧三(sān)种。

1、预热(rè)式

这是催化燃烧的最(zuì)基(jī)本流程形式(shì)(见图1)。有机废气温度在(zài)100℃以下,浓度(dù)也较低(dī),热量(liàng)不(bú)能(néng)自(zì)给(gěi),因此在进入反应器前需要在预热室加热升温。燃烧净化(huà)后气(qì)体(tǐ)在热交换器内与(yǔ)未(wèi)处理废气进行热交(jiāo)换,以回收部分热量。该工艺通常采用煤气或电加热升温至催化反(fǎn)应所(suǒ)需的起燃温(wēn)度。

2、自身热平衡式

当有(yǒu)机废气(qì)排出温度高(gāo)于起燃温度(在300℃ 左右)且有机(jī)物含量较高(gāo),热交换器回收部分净化气 体所产生(shēng)的热量,在正常操作下能够维持热平衡(héng),无(wú)需(xū)补充热量,通常(cháng)只需(xū)要(yào)在催化燃烧反(fǎn)应器中设置(zhì)电加热器供起燃时(shí)使用(yòng)。

3、吸(xī)附-催(cuī)化燃(rán)烧

当有机废(fèi)气的(de)流量(liàng)大、浓度低、温度低、采用催化燃烧需耗大量燃料(liào)时,可先采(cǎi)用(yòng)吸附手段将有机废气吸附(fù)于吸附(fù)剂t进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使有机废气(qì)脱附成为浓缩了的高(gāo)浓度有(yǒu)机废气(可浓缩10倍(bèi)以(yǐ)上),再(zài)进行催化燃(rán)烧。此(cǐ)时,不需要补充热源,就可维持正常运行。

 

五、催化燃烧的应用(yòng)

1、催化燃烧在汽车尾气(qì)净化方面的应用

汽车尾气催化(huà)净(jìng)化是将排(pái)气管CO、CH和(hé)NO x借助(zhù)汽车尾部安装(zhuāng)的(de)催化转化器,发生催化反应(yīng)转化为(wéi)CO 2、H 2 O和N 2,此催化(huà)剂为(wéi)三元催化剂。为防止催化剂(jì)中毒(dú),必须使用硫、铅含量低的(de)燃油(yóu)。在(zài)大量过剩氧气的存在下,具备(bèi)原位NO x 还原(yuán)能力(lì)催化剂(jì)的发展(zhǎn),可实现汽车发动机节约燃(rán)油(yóu)25%。随着新材(cái)料(liào)的应用以(yǐ)及低硫含量汽(qì)油的(de)推(tuī)广,催化(huà)燃烧技术(shù)市(shì)场(chǎng)前景广阔。

2、催(cuī)化燃烧在处理二(èr)噁英气体方面(miàn)的应用

催(cuī)化燃烧技术用于(yú)处理二噁英气体(tǐ),在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速(sù)下(xià),二噁英的去(qù)除率达到99%,二(èr)噁(wù)英浓度可降至0.1ng/m 3 以(yǐ)下(xià)。废气中多氯(lǜ)联苯并呋喃(nán)等二噁英前驱物质基(jī)本完(wán)全分解,氮氧化物发生选择性催化还原(yuán)反应,生成无害的氮气。

3、催化燃烧在处理工业有机废(fèi)气方面的应用

石油化工、油漆、涂(tú)料(liào)、轮胎制造等工业生产过程中都涉(shè)及到有机(jī)挥发化合物的使用和排放。这些挥发性有机物(VOCs)如不(bú)经处理直排大气,会对(duì)环境造成严(yán)重的(de)污染。催化燃(rán)烧净化处理技术,将有机物分子在催化剂表面作用(yòng)发生深度氧化转化为无害的二氧化碳和水(shuǐ)。催化燃烧技术已由(yóu)试验(yàn)转入工(gōng)程实践(jiàn)阶(jiē)段,并逐渐应用于石油(yóu)化工、农药、印刷、涂(tú)料等行业有(yǒu)机废气净化处理。

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