催(cuī)化燃(rán)烧

概述:催化燃烧是典型的气一(yī)固相催化反应,其实质(zhì)是活性氧参与(yǔ)深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作(zuò)用是降低(dī)活化能,同时使反应物分子富(fù)集于表面提高了(le)反应(yīng)速率。借助(zhù)催化剂可使有(yǒu)机(jī)废气在较低的起燃温度条件下,发生无焰(yàn)燃烧,并氧化分解为CO2和(hé)H2O,同时放出大量热能,其反应(yīng)过程为:

 

一(yī)、催化燃(rán)烧的特点

1、起燃(rán)温度低.节省能(néng)源。有(yǒu)机废(fèi)气(qì)催化燃烧与直接燃烧(shāo)相比,具有起燃温度低,能(néng)耗小的显著特(tè)点。在某些情况下,达到起(qǐ)燃温度后便无(wú)需外(wài)界(jiè)供热

2、适用范围(wéi)广(guǎng)。催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭(chòu)气体。对于有机化工、涂料(liào)、绝缘材(cái)料等行业排放的低浓度、多成分、又没有回收价值的废气,采用吸附一催化燃烧法的处理效果更(gèng)好。

3、处理效率高,无二次污(wū)染用催(cuī)化燃烧(shāo)法处理有机废气的净化率一般都(dōu)在(zài)95%以上,最终产物为无害的(de)CO2和H2O,因(yīn)此(cǐ)无(wú)二(èr)次污染问题。此外,由(yóu)于温(wēn)度低,能(néng)大(dà)量减(jiǎn)少NOx,的生成。

 

二、催化剂的组成和(hé)活性

1、催化剂及载体(tǐ)

催化(huà)剂通常都(dōu)是由活(huó)性成(chéng)分、助剂(jì)和载体等组成,催(cuī)化反应的活性组分负载在较大比(bǐ)表(biǎo)面积的载体上,在(zài)催化(huà)反应中,载体的作用除了负载分散(sàn)活性组分外,还(hái)可以增(zēng)加催化剂的稳(wěn)定性、选(xuǎn)择性和活(huó)性等。所以,催化剂的活性不仅(jǐn)依赖于催(cuī)化剂活(huó)性组分的分布,还依赖于载体颗粒大小和化学(xué)状态,即催化剂载体(tǐ)对催(cuī)化效果和寿命有很大的影响。催化剂活(huó)性成(chéng)分(fèn)可分(fèn)为贵金属(shǔ)、非贵金属氧(yǎng)化物:贵金(jīn)属Pt、Pd是低温(wēn)催(cuī)化燃(rán)烧(shāo)最常用的(de)催(cuī)化剂,其优点是具有较高的催(cuī)化活性、良(liáng)好的抗(kàng)毒性,缺点是活性组分容易挥(huī)发和烧结,其次(cì)是价格昂贵;非贵金属催化剂主要有过渡金属铜、锰、铬等的(de)氧化物(wù)以(yǐ)及钙钛矿(kuàng)型复合氧化(huà)物催化剂,价格相对较低,耐高温热稳定性较好,不足之处是催化活性(xìng)相对较(jiào)低,起燃温度要求(qiú)较(jiào)高。

2、催化剂中毒及防治(zhì)催化剂中毒主要有三种类型

(1)催化(huà)剂完全中毒。毒物与催(cuī)化剂活(huó)性中心生成了结(jié)合力很强的物(wù)质(zhì),不能(néng)用一般方法将(jiāng)它去除或根(gēn)本无法去除。

(2)抑制催(cuī)化反应。卤素和(hé)硫的化合物(wù)易与活性中心结合,此作用是可逆的。

(3)沉积覆盖活性中(zhōng)心(xīn)。燃烧所致碳沉积(jī)、陶瓷粉尘和其他颗(kē)粒物堵塞(sāi)活性中心,影(yǐng)响催化剂(jì)吸附(fù)能(néng)力,使(shǐ)其活性下降。

 

三、催化燃烧工艺流程(chéng)

根据废气预(yù)热方式及富集方式(shì),催化燃烧工(gōng)艺(yì)流程可分为(wéi)预热式、自然热平衡和吸附-催化燃烧三种。

减少催化(huà)剂活性的(de)衰减措施如(rú)下:按操作(zuò)规程精准地控制反(fǎn)应条件;对废气进(jìn)行预处理,防止催化剂中毒;当(dāng)催化剂表面(miàn)结碳时,吹入过量空(kōng)气(qì)并提高燃烧温(wēn)度,去(qù)除表(biǎo)面结碳;改进催化剂制(zhì)备工(gōng)艺,提高催化剂耐热性和(hé)抗毒能力(lì)。

 

四、催化燃烧工艺流程

根据废气预热(rè)方式及富集方式,催化(huà)燃(rán)烧工艺流程可(kě)分为预热式、自然(rán)热平衡和吸附-催化(huà)燃烧三种。

1、预热式

这是催(cuī)化燃烧的(de)最(zuì)基(jī)本流程形式(见图1)。有机(jī)废气温度在100℃以下,浓(nóng)度也较低,热量(liàng)不能自给,因此在进(jìn)入反应器前(qián)需(xū)要在预热室加热(rè)升(shēng)温。燃烧净化后气(qì)体在热交换器内(nèi)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(méi)气或电(diàn)加热升温至催(cuī)化(huà)反应所需的起(qǐ)燃温度。

2、自身热平(píng)衡式

当(dāng)有机废气排出温度高于起燃温度(dù)(在300℃ 左(zuǒ)右)且有机物含量较高,热交换器(qì)回收部(bù)分(fèn)净化气(qì) 体所(suǒ)产生的热量(liàng),在正常操(cāo)作下能(néng)够维持热平衡(héng),无需补充热量(liàng),通常只需要在催化燃烧(shāo)反应器(qì)中(zhōng)设置(zhì)电加热器供起燃时使用。

3、吸附-催(cuī)化(huà)燃烧(shāo)

当有机废气的流量(liàng)大、浓度低(dī)、温度(dù)低、采用催化燃烧需耗大量(liàng)燃料(liào)时(shí),可先(xiān)采(cǎi)用吸(xī)附手(shǒu)段将有机废气吸附于吸附剂t进(jìn)行浓缩(suō),然后通过热空气吹扫,使(shǐ)有机(jī)废气脱附成为(wéi)浓缩了的高浓度有机(jī)废气(可浓缩10倍以上),再(zài)进行催(cuī)化燃烧。此时,不需要补充热源,就可(kě)维(wéi)持正常运行。

 

五、催化燃烧(shāo)的应用

1、催化燃烧在(zài)汽车(chē)尾气净(jìng)化方面的(de)应(yīng)用(yòng)

汽车(chē)尾气催化净化是(shì)将排(pái)气管CO、CH和NO x借助(zhù)汽车(chē)尾部安装的(de)催化转化器(qì),发生催化反应转(zhuǎn)化为CO 2、H 2 O和N 2,此催化剂为三(sān)元(yuán)催化剂。为防止(zhǐ)催化(huà)剂中毒,必须使用硫、铅含量(liàng)低的燃油。在大量(liàng)过(guò)剩氧气(qì)的存在下,具(jù)备原位NO x 还原能力催化(huà)剂的发展,可实现汽车发动机节约(yuē)燃(rán)油25%。随着新材料的应(yīng)用以(yǐ)及(jí)低硫含量汽油的推广(guǎng),催(cuī)化燃烧技(jì)术市场前景广阔。

2、催化燃烧在处理(lǐ)二噁英气体方面的应用

催(cuī)化燃烧技术用于处理二噁英气(qì)体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转(zhuǎn)速下(xià),二噁(wù)英的(de)去除率达到99%,二噁英浓度可降至(zhì)0.1ng/m 3 以(yǐ)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,氮氧(yǎng)化(huà)物发生选择性催化还原反应,生成(chéng)无害(hài)的(de)氮(dàn)气。

3、催化燃烧在处理(lǐ)工业有(yǒu)机废气方面(miàn)的(de)应用

石油化工、油漆、涂(tú)料、轮胎(tāi)制造(zào)等(děng)工(gōng)业生产过(guò)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(chù)理直排大气,会对环境造成(chéng)严重的污染(rǎn)。催化燃烧净化处理(lǐ)技术,将有机物分子(zǐ)在催化剂表(biǎo)面作用发生深度氧化转化为无害的二(èr)氧化碳和水。催化(huà)燃烧技术已由试验转入工程实践阶段,并逐渐应用于石油化工、农药、印刷、涂料(liào)等行业有机(jī)废气净化处理。

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