催化燃烧(shāo)

概述:催化燃烧是典型的气一(yī)固相催化反(fǎn)应,其实质是(shì)活性氧参(cān)与深度氧化作用(yòng)。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低活化(huà)能,同时使反应物(wù)分子富集于表面提(tí)高了反应速率。借助催化剂(jì)可使有(yǒu)机废气在较低的(de)起燃温度条件下,发生无焰(yàn)燃(rán)烧,并氧化分解为CO2和(hé)H2O,同时放出大量热能,其反应过程为:

 

一、催(cuī)化燃烧的特点

1、起燃(rán)温(wēn)度低.节省能(néng)源。有(yǒu)机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具(jù)有起(qǐ)燃温(wēn)度低,能耗小(xiǎo)的显著特点。在某些情(qíng)况下,达到(dào)起燃温度后便无需外界供热

2、适(shì)用范围广(guǎng)。催化燃烧几乎可以处理(lǐ)所有(yǒu)的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化(huà)工、涂料、绝(jué)缘材料等行业(yè)排放的低(dī)浓度(dù)、多成(chéng)分、又(yòu)没有回收价(jià)值(zhí)的废气,采(cǎi)用吸附(fù)一(yī)催化燃(rán)烧法的处理效果更好。

3、处理效率高,无二次污染(rǎn)用催化燃(rán)烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,最终(zhōng)产物为无(wú)害的(de)CO2和(hé)H2O,因此无二次污染问题。此外,由于温度低,能大量(liàng)减少NOx,的生成。

 

二、催化剂的(de)组成和活性

1、催化剂及(jí)载体(tǐ)

催化剂通常(cháng)都是由活性(xìng)成分、助剂和载体(tǐ)等组成,催化反应的活性组分(fèn)负载在较大比(bǐ)表面积的载体上,在催化反应中,载体的作(zuò)用除了负载分散活性组分外,还可以增加催化剂的稳定性(xìng)、选择性(xìng)和活性(xìng)等。所(suǒ)以,催化(huà)剂的活性(xìng)不仅依赖于催化剂活性组分(fèn)的分布,还依(yī)赖于载(zǎi)体颗粒大小和化(huà)学(xué)状态,即(jí)催化(huà)剂载体对催(cuī)化效(xiào)果和寿命有(yǒu)很大的影响。催化剂(jì)活性成分可分为贵(guì)金属、非贵金属氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最常(cháng)用的(de)催化剂,其优点是具(jù)有较高的催化活(huó)性(xìng)、良好的抗毒性(xìng),缺点是活性(xìng)组分容易挥发和烧结,其次(cì)是(shì)价格昂贵;非(fēi)贵(guì)金(jīn)属催化剂主要有过(guò)渡金属(shǔ)铜、锰、铬等的(de)氧化物以(yǐ)及钙钛矿(kuàng)型复合氧化物催化剂,价格相对较低,耐(nài)高(gāo)温热稳定性较好,不足之(zhī)处(chù)是催化活性相对较低,起燃温度(dù)要求较高。

2、催化剂中毒及防治催化剂中毒(dú)主要有三种类型

(1)催(cuī)化剂完(wán)全(quán)中毒。毒(dú)物与催化(huà)剂活(huó)性中心生成了(le)结合(hé)力很强的物质,不能用一般方法将它去除或根本无法去除。

(2)抑制催化反应。卤素和硫的化(huà)合物(wù)易(yì)与活性(xìng)中心结合,此作用是可(kě)逆的。

(3)沉积覆盖(gài)活性中心。燃(rán)烧所(suǒ)致碳沉(chén)积、陶瓷粉尘和其(qí)他颗粒物(wù)堵塞(sāi)活性中心,影(yǐng)响催(cuī)化剂吸附(fù)能力,使其活性下降(jiàng)。

 

三(sān)、催(cuī)化(huà)燃烧工艺流程

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

减少催化剂活性的衰减措(cuò)施如(rú)下:按操(cāo)作规程精准(zhǔn)地控制(zhì)反应(yīng)条件;对废气进行(háng)预处理,防止催化剂中毒(dú);当催化剂表面(miàn)结碳时,吹入过量空气并提(tí)高(gāo)燃烧温度,去除表(biǎo)面结碳(tàn);改进催化剂制备(bèi)工艺(yì),提高(gāo)催化剂耐热性和抗毒能力。

 

四(sì)、催化燃烧工(gōng)艺流程

根据废气预热(rè)方式及富集(jí)方式(shì),催化燃烧工艺流程可分为(wéi)预(yù)热(rè)式、自(zì)然热平衡(héng)和吸附-催化(huà)燃(rán)烧三种(zhǒng)。

1、预热式

这是催化(huà)燃烧的最基(jī)本(běn)流程形式(见图1)。有机废气温度在100℃以下,浓度也较低,热量不能(néng)自给,因此在(zài)进(jìn)入反(fǎn)应器(qì)前需要在预热室加热升(shēng)温。燃烧净化后气体在热交换(huàn)器内与未处理废气进行热交换,以回收部(bù)分热量。该工艺通常(cháng)采用煤(méi)气或电(diàn)加热(rè)升温至(zhì)催化反应所需的起燃温度。

2、自(zì)身热(rè)平衡式

当有机废气排出温(wēn)度高于起燃温度(在300℃ 左右)且有机物含量较高(gāo),热交换(huàn)器(qì)回收部分净(jìng)化气 体所产生的(de)热量,在正常操(cāo)作下(xià)能够维持(chí)热平衡,无需补充热(rè)量,通常只需要在催化燃(rán)烧反应(yīng)器(qì)中(zhōng)设置(zhì)电加热器供起燃(rán)时使(shǐ)用(yòng)。

3、吸附(fù)-催化燃烧

当有机(jī)废(fèi)气的(de)流量大、浓度低(dī)、温度低、采用催化燃烧需耗大量(liàng)燃料时,可先采(cǎi)用(yòng)吸附手(shǒu)段将有机废气(qì)吸附(fù)于吸附剂(jì)t进行浓(nóng)缩,然后(hòu)通过热空(kōng)气吹扫,使有机废气脱附成为浓缩了的高浓度有(yǒu)机废(fèi)气(可浓(nóng)缩10倍(bèi)以上),再进行(háng)催(cuī)化燃烧。此时,不需要补充热源,就(jiù)可维持正常运行。

 

五、催化燃(rán)烧的应用(yòng)

1、催化(huà)燃烧在汽(qì)车尾气净化方面的(de)应用

汽(qì)车尾气催化净化是将排气管(guǎn)CO、CH和NO x借(jiè)助汽(qì)车尾部安装的催化转(zhuǎn)化(huà)器,发生催(cuī)化(huà)反应转化为(wéi)CO 2、H 2 O和(hé)N 2,此催化剂为三(sān)元催化剂。为(wéi)防止催化剂中毒,必须使用硫、铅含量低(dī)的燃油。在大量(liàng)过剩氧气的存在下(xià),具备(bèi)原位NO x 还原能(néng)力催化剂的发展,可实现汽(qì)车发动(dòng)机节(jiē)约(yuē)燃油25%。随着新材料的应(yīng)用以及低(dī)硫含量(liàng)汽油的推广,催化燃烧技术(shù)市场前景广(guǎng)阔(kuò)。

2、催化燃烧(shāo)在处理二噁英(yīng)气体(tǐ)方面的应用

催化(huà)燃烧技术(shù)用于处理二噁英气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下(xià),二噁英的去(qù)除率达到(dào)99%,二噁英浓度可降至0.1ng/m 3 以下。废气中多氯联苯并呋喃(nán)等二噁英前驱物质基(jī)本完全分解,氮氧化物发生选(xuǎn)择性催化还原反应,生成无(wú)害的氮气。

3、催化燃烧在(zài)处理工业有机废气方面的应(yīng)用

石油化工、油漆、涂(tú)料、轮胎制(zhì)造等工业生产过程中都(dōu)涉及到有机挥发化合物的使(shǐ)用和排放。这些挥发性有(yǒu)机物(VOCs)如不经处理直(zhí)排(pái)大气(qì),会对环(huán)境造成严(yán)重的污染。催化(huà)燃烧净化处(chù)理技(jì)术,将有机物分子在催化剂表面作用发生深度氧化转化为(wéi)无害的二氧化碳和(hé)水(shuǐ)。催化燃烧技术已(yǐ)由试(shì)验(yàn)转入工程实践(jiàn)阶(jiē)段,并逐渐应(yīng)用于石(shí)油(yóu)化工、农(nóng)药、印刷、涂(tú)料等行业有机废气净化处理(lǐ)。

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