催化燃烧

概述:催化燃烧是(shì)典型的气一(yī)固相催化反(fǎn)应,其(qí)实质是活性氧参与深度(dù)氧化作(zuò)用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降(jiàng)低活化能,同(tóng)时使反(fǎn)应物分子(zǐ)富集于表面提高了反应速率。借助(zhù)催化剂可(kě)使有机废(fèi)气(qì)在较低的(de)起燃温度条(tiáo)件下,发生无焰(yàn)燃烧(shāo),并氧化分解(jiě)为(wéi)CO2和H2O,同时放出(chū)大量热能,其反应过程为:

 

一、催化燃烧(shāo)的特点

1、起燃温度(dù)低.节(jiē)省能源。有机废气催(cuī)化燃(rán)烧与直(zhí)接燃烧相比,具有起燃温(wēn)度低(dī),能耗小(xiǎo)的(de)显(xiǎn)著特点。在某些情况下,达到起燃温度后便无需外界供热

2、适用范围广。催化燃烧(shāo)几乎(hū)可以处理(lǐ)所有的烃类有机废气及恶(è)臭(chòu)气体。对于有(yǒu)机化工、涂(tú)料、绝缘材料等(děng)行业排(pái)放的低浓度、多成分、又没有回(huí)收价值的(de)废气(qì),采(cǎi)用吸附一催(cuī)化燃烧法(fǎ)的处理效果(guǒ)更好。

3、处(chù)理效率高,无二次污染用催化燃烧法(fǎ)处理有机废气的(de)净化率一般都在(zài)95%以上,最终产物为无害的CO2和(hé)H2O,因此无二次污染问题。此(cǐ)外,由于温度低(dī),能(néng)大量(liàng)减少NOx,的生成。

 

二、催化剂(jì)的组成(chéng)和活(huó)性

1、催化剂及载体

催(cuī)化剂通常都是由(yóu)活(huó)性成分、助剂和载(zǎi)体等组成,催化反应的(de)活性组分负(fù)载在较大比表面积的载体上,在催(cuī)化反应中,载体的作用除(chú)了负(fù)载分(fèn)散活性组分外,还可以增加催化剂的稳定(dìng)性(xìng)、选择(zé)性和活性等。所以,催(cuī)化剂的活性不仅依赖于催化剂活性组分(fèn)的分布(bù),还依赖于载体颗粒大小和化学状态,即催化剂载体对催化效果(guǒ)和寿命有很大的影响。催化剂活性成分(fèn)可(kě)分为贵金属、非贵(guì)金属氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最常用的催(cuī)化剂,其优(yōu)点(diǎn)是(shì)具有较高的催化(huà)活性、良好的抗毒(dú)性,缺点是(shì)活性组分容(róng)易挥发和(hé)烧(shāo)结,其次是价格昂贵;非贵金(jīn)属催化剂主要有过渡金属铜、锰、铬等的(de)氧化物以及钙钛矿型复合氧化物(wù)催化(huà)剂,价格相对较低(dī),耐高温(wēn)热稳定性较好,不足之处是(shì)催化活性相对较低,起燃温度要求较高。

2、催化(huà)剂中毒及防(fáng)治催化剂中毒主(zhǔ)要有三种(zhǒng)类型

(1)催化剂完(wán)全中毒。毒物与催化剂活性中心(xīn)生成了结合力很强的(de)物质,不能用一般方法(fǎ)将它去除或根本(běn)无法去(qù)除。

(2)抑制催化(huà)反(fǎn)应(yīng)。卤素和硫的(de)化(huà)合物易与活性(xìng)中(zhōng)心结合,此作(zuò)用是可逆的(de)。

(3)沉积覆盖活性中心。燃(rán)烧(shāo)所致(zhì)碳(tàn)沉(chén)积、陶瓷粉尘和其他(tā)颗粒物堵塞活性(xìng)中心,影(yǐng)响(xiǎng)催化剂吸附(fù)能(néng)力,使其活性下降。

 

三、催化燃烧(shāo)工艺流程

根据废气预热方式及富集方式,催(cuī)化燃烧(shāo)工艺流(liú)程可分(fèn)为预热(rè)式、自然热平(píng)衡(héng)和吸(xī)附-催化燃烧三种。

减(jiǎn)少催(cuī)化剂活性的衰减措施如下:按操作规程(chéng)精(jīng)准地控(kòng)制反应(yīng)条(tiáo)件;对(duì)废气进行预处(chù)理,防止催化剂(jì)中(zhōng)毒;当催化剂表(biǎo)面结(jié)碳时,吹(chuī)入过量空(kōng)气并(bìng)提高燃烧(shāo)温度,去(qù)除表(biǎo)面(miàn)结碳;改进催化剂(jì)制备工艺,提高催化剂耐(nài)热性和抗毒(dú)能力。

 

四、催化燃烧工艺流程

根据废气预热方式及(jí)富集方式,催化燃(rán)烧(shāo)工艺流程可分为预(yù)热式、自然热平衡(héng)和(hé)吸(xī)附-催化燃烧三种。

1、预热式

这是催化燃烧的最基本(běn)流程形式(见图(tú)1)。有机废(fèi)气温度在(zài)100℃以(yǐ)下,浓(nóng)度也较低,热量不能自给,因此在(zài)进入反(fǎn)应器前需要在预热室加热升温(wēn)。燃烧净化(huà)后气体在(zài)热交换器内与未处理废气(qì)进行热交换,以回收部分热量。该工艺通常采用煤气(qì)或电(diàn)加热升温至催(cuī)化反应所需的起燃温度。

2、自(zì)身热平衡(héng)式

当有机(jī)废气排出温度高于起(qǐ)燃温度(dù)(在(zài)300℃ 左右)且有机物含量较高,热交换器回(huí)收部分净化气 体所(suǒ)产生的热量,在正常操(cāo)作下能够维持热(rè)平衡,无需补充热量,通常(cháng)只需要在催化燃烧反应器中设(shè)置(zhì)电(diàn)加热器供起燃时使用。

3、吸(xī)附(fù)-催化燃烧

当(dāng)有机废气的流量大、浓度低、温度低、采用催化(huà)燃(rán)烧(shāo)需耗大量燃料时,可先采用(yòng)吸附手段将有机废气吸附于吸附剂t进行浓缩,然后通过热(rè)空气吹扫,使(shǐ)有机废气脱(tuō)附成为浓缩了的(de)高浓度有机废气(qì)(可(kě)浓缩10倍以(yǐ)上),再进行催化燃烧。此时,不需要补充(chōng)热源,就可维持正常运行。

 

五(wǔ)、催化燃烧的应用

1、催化(huà)燃(rán)烧(shāo)在汽车尾(wěi)气(qì)净化方(fāng)面的应用

汽(qì)车尾气(qì)催化净化是将排(pái)气管CO、CH和NO x借助汽(qì)车尾部安装的催化转化器(qì),发生催化反(fǎn)应转化为(wéi)CO 2、H 2 O和N 2,此催化(huà)剂为三元催化剂。为防止催化剂中(zhōng)毒,必(bì)须(xū)使用硫、铅含量低(dī)的燃(rán)油。在大量(liàng)过剩氧气的存在下(xià),具备原位NO x 还(hái)原能力催(cuī)化剂的(de)发展,可实现汽车发(fā)动机(jī)节约燃油25%。随着新材料的应用(yòng)以(yǐ)及低硫(liú)含量(liàng)汽油的推(tuī)广,催化燃烧(shāo)技术市场前景广阔。

2、催化燃(rán)烧在处理二噁英气体方面的应用

催化燃烧技(jì)术用于处理二(èr)噁英气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下(xià),二噁英(yīng)的去除率达到99%,二噁英(yīng)浓度可降至(zhì)0.1ng/m 3 以下。废气中多氯(lǜ)联苯并呋(fū)喃等二噁英前驱物质基本完全分解,氮氧化物发生选择性催化还原反(fǎn)应,生成无害(hài)的氮(dàn)气。

3、催化燃烧在处理工业有(yǒu)机废气方面的应用

石油化工、油漆、涂料、轮胎制造等工(gōng)业生产(chǎn)过程(chéng)中都涉(shè)及(jí)到有(yǒu)机挥发(fā)化合物的使(shǐ)用(yòng)和排放。这些挥发性有机物(VOCs)如不经处理直排大气,会对环境造成(chéng)严重的污染。催化燃烧净(jìng)化处理技术,将有机物分子在催化剂表面作用发生深度氧化转化为无害(hài)的二氧化碳和(hé)水(shuǐ)。催化(huà)燃烧技(jì)术已由试验转入工程实践阶(jiē)段(duàn),并逐渐应用于石油化工(gōng)、农药、印刷、涂(tú)料(liào)等(děng)行(háng)业有(yǒu)机废(fèi)气净化处理。

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