催化燃烧
概述:催化燃烧是典型(xíng)的气一固(gù)相催化反应,其实(shí)质是活性氧(yǎng)参(cān)与深度氧化(huà)作用。在催化燃烧过(guò)程(chéng)中(zhōng),催化(huà)剂的作用是降低活(huó)化能,同时(shí)使反应物(wù)分子富集于(yú)表面提高了反应速率(lǜ)。借助催化剂可(kě)使有机废气在较低的起燃温度条件下,发生无(wú)焰燃烧(shāo),并氧化分解为CO2和H2O,同时放出大(dà)量(liàng)热(rè)能,其反(fǎn)应(yīng)过程为:
一、催化燃烧的特点
1、起燃温(wēn)度低.节省(shěng)能源。有机废气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(zhe)特点。在某些情况下,达到起燃温度(dù)后便无需(xū)外界供(gòng)热
2、适用范围(wéi)广。催化燃烧几乎可以处(chù)理(lǐ)所有的烃类(lèi)有(yǒu)机废气及(jí)恶臭(chòu)气(qì)体。对(duì)于有机化工、涂料、绝缘(yuán)材(cái)料等(děng)行业排放(fàng)的(de)低浓(nóng)度、多成分、又没(méi)有(yǒu)回收价值的废气,采用吸附一催化燃烧法的(de)处理效果更好。
3、处理效率高,无(wú)二次污(wū)染用催化燃烧法处理有机废(fèi)气(qì)的净化(huà)率一般都在95%以上,最终产物为无害的CO2和H2O,因此无二(èr)次(cì)污染(rǎn)问题。此外,由于温度(dù)低(dī),能(néng)大量减少(shǎo)NOx,的生成(chéng)。
二、催(cuī)化剂的(de)组成和(hé)活(huó)性
1、催化剂及载体(tǐ)
催化剂通常都是由活性成分(fèn)、助剂和载体等组成,催化(huà)反应的(de)活性组分负载在较大比表面积的载体上,在催化反应中(zhōng),载体的作用除了负(fù)载分散活(huó)性组分外,还(hái)可(kě)以增(zēng)加催(cuī)化(huà)剂的(de)稳定性、选(xuǎn)择(zé)性和活性等。所以,催化剂的活性不(bú)仅依(yī)赖于催化剂活(huó)性组分的分布,还依(yī)赖于载体颗粒(lì)大小和化学状态,即催化剂(jì)载体对催化效果和寿命有很大的影响(xiǎng)。催(cuī)化剂活性成分可分(fèn)为贵(guì)金属、非贵金属(shǔ)氧化物(wù):贵金属Pt、Pd是(shì)低(dī)温催化(huà)燃烧最常用的催化剂,其优点(diǎn)是具有较(jiào)高(gāo)的催化活性、良(liáng)好的抗毒性,缺点(diǎn)是活性组分容易挥发和(hé)烧结,其次是价格昂贵(guì);非贵金(jīn)属催化剂主要有过(guò)渡金属(shǔ)铜、锰、铬等的(de)氧(yǎng)化(huà)物以及钙钛矿型复(fù)合氧(yǎng)化物催化剂,价格相对较低,耐高温(wēn)热稳定性较好(hǎo),不足之(zhī)处是催(cuī)化活(huó)性相对较低,起燃温(wēn)度(dù)要求较高。
2、催(cuī)化(huà)剂中毒(dú)及防(fáng)治催化剂中毒主要有(yǒu)三种类型(xíng)
(1)催化剂完全中(zhōng)毒。毒物与(yǔ)催(cuī)化剂活性中心生成了(le)结合力很强的物质,不能用一般方法将它去除或(huò)根本无法去(qù)除。
(2)抑制催化反应。卤素和硫的化合物易与活性中心(xīn)结合,此作(zuò)用是可逆的。
(3)沉积覆(fù)盖活性中心。燃烧(shāo)所致碳沉积、陶(táo)瓷(cí)粉(fěn)尘和(hé)其他颗粒物堵塞活(huó)性中(zhōng)心,影响催化剂吸附能力(lì),使其(qí)活性(xìng)下降。
三、催(cuī)化燃烧(shāo)工艺流程
根据废气预热(rè)方式及富集方式,催化燃烧工艺流程可分为预热式、自然热平衡(héng)和吸附-催化燃(rán)烧三种。
减少催(cuī)化剂活性的衰减措施如下(xià):按操作规(guī)程精准地控制反应条件;对废气进行预(yù)处理,防止催化(huà)剂中毒;当催(cuī)化剂表面结碳时,吹入过量(liàng)空气并提(tí)高燃烧温度,去除表面结碳;改(gǎi)进催化剂制备工艺,提高催化(huà)剂耐热性和抗毒能力。
四、催化(huà)燃(rán)烧工艺流程
根据废(fèi)气(qì)预热方式及富集方式,催化燃烧工艺流(liú)程可(kě)分为(wéi)预热式(shì)、自然热平衡(héng)和吸附(fù)-催(cuī)化燃(rán)烧三种。
1、预热式
这是(shì)催化燃烧的最基本流程形式(见图(tú)1)。有机废气温度在100℃以(yǐ)下(xià),浓度也较低,热量不(bú)能自给,因(yīn)此在进入反(fǎn)应器前需要在预热(rè)室加热升温。燃烧净(jìng)化后气体(tǐ)在热交换器内与未处(chù)理废气进行热交换,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应所需(xū)的起(qǐ)燃温(wēn)度。
2、自身热平(píng)衡式
当有(yǒu)机废气排(pái)出(chū)温度(dù)高于起(qǐ)燃温度(在300℃ 左右)且有机物含量较高,热交换器(qì)回(huí)收部分净化气 体所产生的(de)热(rè)量,在正常操作下能够维持热平衡,无需补充(chōng)热量(liàng),通常只需要在催化燃烧(shāo)反应(yīng)器中设置电(diàn)加热器供起燃时使用。
3、吸附-催化燃(rán)烧
当有机废(fèi)气(qì)的流(liú)量大、浓度低、温度低、采用催化燃烧需耗大量燃料时(shí),可(kě)先采用(yòng)吸附手(shǒu)段将有机废气吸(xī)附于吸附剂t进行(háng)浓缩,然(rán)后通过热空(kōng)气(qì)吹扫,使有机废气脱附成为浓缩(suō)了(le)的高浓度有机废气(可浓缩10倍以上),再进行催化燃烧(shāo)。此时,不需要(yào)补(bǔ)充(chōng)热源,就可(kě)维持(chí)正常运行。
五、催(cuī)化燃(rán)烧的(de)应用
1、催化燃烧在汽车尾气净(jìng)化(huà)方面的应用
汽车尾气催化净化是将排气管CO、CH和NO x借助(zhù)汽车尾部(bù)安装(zhuāng)的催化转化器(qì),发生催化反应转化为CO 2、H 2 O和(hé)N 2,此催化剂为三元催化剂。为防止催化剂中毒(dú),必(bì)须使用硫(liú)、铅含量低的(de)燃(rán)油。在大量过剩氧气的存在下(xià),具备原位(wèi)NO x 还原能(néng)力催化剂(jì)的(de)发展,可实现汽车发动机节约燃油25%。随着新材料的应用以及(jí)低硫含量汽油(yóu)的推广,催化燃烧技术市场(chǎng)前景广阔(kuò)。
2、催化燃烧在处理二噁英气体方面的应用
催化燃烧(shāo)技术用于处(chù)理二噁英气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下(xià),二(èr)噁(wù)英的去除率达到99%,二噁英浓度可降至0.1ng/m 3 以下(xià)。废气中多(duō)氯联苯并呋(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(hái)原(yuán)反(fǎn)应,生成(chéng)无害的氮气。
3、催化燃(rán)烧在处理(lǐ)工(gōng)业(yè)有(yǒu)机(jī)废气方面的应用
石油化工(gōng)、油漆(qī)、涂料(liào)、轮胎(tāi)制(zhì)造等(děng)工业(yè)生产(chǎn)过程中都涉及到(dào)有机挥发化合物(wù)的使用和排放。这些挥发(fā)性有机物(VOCs)如不(bú)经处理直(zhí)排大气,会对环境造成严重的(de)污染。催(cuī)化燃烧净化处(chù)理技术,将有机物分(fèn)子在(zài)催化剂表(biǎo)面作用发生(shēng)深度氧(yǎng)化(huà)转化为无害的二氧化碳和水(shuǐ)。催化燃烧技(jì)术已由试验转入工程实践(jiàn)阶段,并逐渐应用(yòng)于石(shí)油化工、农(nóng)药、印(yìn)刷、涂料等行业有机废气净化处理。