催化燃(rán)烧
概述:催化燃烧是典型的气(qì)一固相催化反应,其实(shí)质是活性(xìng)氧参与深度氧化作(zuò)用(yòng)。在催化燃烧过(guò)程中,催化剂的作用(yòng)是降(jiàng)低活化(huà)能,同(tóng)时使反应物分子富集于表面提高了反应速率。借助催(cuī)化(huà)剂可使有机废气在较低的起燃温度(dù)条件下,发生(shēng)无焰燃烧,并氧(yǎng)化分解为CO2和H2O,同时放(fàng)出大量热能,其反应过程为:
一、催化燃烧的(de)特点
1、起燃温度低.节省能源。有机(jī)废气催化燃烧与直接燃烧相比,具(jù)有起燃温度低,能(néng)耗小的显著(zhe)特(tè)点。在某些情况下,达到起燃温度后(hòu)便无需(xū)外界供热
2、适用范围广。催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气(qì)及恶臭气体(tǐ)。对于有(yǒu)机化(huà)工、涂料、绝缘(yuán)材料等行业(yè)排放的低浓度、多成分、又没有回收价值的(de)废(fèi)气(qì),采用(yòng)吸附一(yī)催化燃烧(shāo)法的处(chù)理效(xiào)果更好。
3、处理(lǐ)效率高,无二次污染用催(cuī)化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,最(zuì)终(zhōng)产物为无害的CO2和H2O,因此无二次污(wū)染问题(tí)。此外,由于(yú)温度低,能大量减少NOx,的生成。
二、催化剂的组成和(hé)活性
1、催化剂(jì)及载(zǎi)体
催化剂通常都是由活(huó)性成分、助剂和载体等组成(chéng),催化(huà)反应的活性(xìng)组分负载在较大比表面积的载体上,在催(cuī)化反(fǎn)应中,载体(tǐ)的作用除(chú)了(le)负载分散活性(xìng)组分外,还可以增加催化剂的稳(wěn)定性、选择性和活性等。所以,催化(huà)剂的活性不仅依赖于催化剂活性组分的分布,还(hái)依赖于(yú)载(zǎi)体颗粒(lì)大小(xiǎo)和化(huà)学状态,即催化剂载(zǎi)体对催化效果和寿命有很大的(de)影响。催化剂(jì)活性成分(fèn)可分为贵金属、非(fēi)贵金属氧化物:贵金(jīn)属Pt、Pd是低温催化(huà)燃(rán)烧最常用的催化剂,其优点(diǎn)是具(jù)有(yǒu)较高(gāo)的催(cuī)化活(huó)性、良(liáng)好的抗毒性,缺点是活(huó)性组分容(róng)易挥发和烧结(jié),其次是(shì)价格昂贵;非贵金属催化剂主要有过渡金(jīn)属铜、锰(měng)、铬等的氧化物以及钙钛矿型(xíng)复合氧(yǎng)化物催(cuī)化剂,价格相对(duì)较低,耐高温热稳定性较(jiào)好,不足之处(chù)是催化(huà)活性相对较(jiào)低(dī),起(qǐ)燃温度要(yào)求较高。
2、催化剂中毒(dú)及防治(zhì)催化剂中(zhōng)毒主(zhǔ)要有三(sān)种类型
(1)催化剂完全中毒。毒(dú)物与催化剂活性(xìng)中心(xīn)生成了(le)结(jié)合力很强(qiáng)的物质,不能用一般(bān)方法将它去除(chú)或根本无法去除。
(2)抑(yì)制催化反(fǎn)应。卤素和硫的化(huà)合(hé)物(wù)易(yì)与活(huó)性(xìng)中心结合,此(cǐ)作用是可逆的。
(3)沉积覆盖活性中心。燃烧所致(zhì)碳沉积(jī)、陶瓷粉(fěn)尘和其他颗粒物堵塞活性中(zhōng)心(xīn),影响(xiǎng)催(cuī)化(huà)剂吸附能力(lì),使其活(huó)性下降。
三、催(cuī)化(huà)燃烧(shāo)工(gōng)艺流(liú)程
根据(jù)废气预(yù)热方式及富集方式(shì),催化(huà)燃烧工艺流程(chéng)可分为(wéi)预热式、自然热平衡和吸附-催化燃烧三(sān)种。
减少催化剂活性的衰减措施如下:按操作规程精准地控制反(fǎn)应条件;对废(fèi)气进行预处理,防止催化剂中毒;当催化剂表面结碳时(shí),吹入过量空气并(bìng)提(tí)高燃(rán)烧温度(dù),去除表面结碳;改(gǎi)进催(cuī)化剂制(zhì)备工(gōng)艺,提高催化(huà)剂耐(nài)热性(xìng)和抗毒能力(lì)。
四、催化燃(rán)烧工艺流程
根(gēn)据废气预热方式(shì)及富集方式,催(cuī)化燃烧(shāo)工艺(yì)流(liú)程(chéng)可分为预热式、自(zì)然热(rè)平衡和吸(xī)附-催化燃烧三(sān)种。
1、预(yù)热式
这是(shì)催化燃烧的最基本流程形式(见图1)。有(yǒu)机废气(qì)温度在(zài)100℃以下,浓度也较低,热量不能自给,因此在进入反应器前需要在预热室加热(rè)升温。燃烧净(jìng)化后气体在热交换(huàn)器内(nèi)与未处理废气进行热交换,以回收部分(fèn)热量。该工艺(yì)通常采用煤气或电加热升温至催化反应所需的起燃温(wēn)度。
2、自身热平衡(héng)式
当(dāng)有机(jī)废气排出温度(dù)高于起燃温度(在300℃ 左右)且(qiě)有机物含量(liàng)较高,热交(jiāo)换器回收部分净化气 体所产(chǎn)生的热量(liàng),在正常操(cāo)作下能够维持热平衡,无需补充(chōng)热量,通常只需要(yào)在催化燃(rán)烧反应器中设置电(diàn)加热(rè)器供起(qǐ)燃时使用。
3、吸附-催(cuī)化燃烧
当有机废气的流(liú)量大、浓度低、温度低、采(cǎi)用催(cuī)化燃(rán)烧需耗(hào)大量燃料时,可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂t进行浓缩,然(rán)后通过(guò)热空(kōng)气(qì)吹扫,使(shǐ)有机(jī)废(fèi)气脱附成为(wéi)浓(nóng)缩了(le)的高(gāo)浓度(dù)有机(jī)废气(qì)(可浓(nóng)缩10倍(bèi)以上),再进行催(cuī)化(huà)燃烧。此时,不需(xū)要补充热源,就可维持正常运行。
五(wǔ)、催化燃烧的应(yīng)用
1、催化燃(rán)烧在汽车尾(wěi)气(qì)净化方面的应用
汽车尾气催化净化是将(jiāng)排(pái)气管(guǎn)CO、CH和NO x借助汽(qì)车尾部安装的催(cuī)化(huà)转(zhuǎn)化器(qì),发生(shēng)催化反应转化为(wéi)CO 2、H 2 O和N 2,此催化剂为(wéi)三元(yuán)催化剂。为防止催化剂(jì)中毒(dú),必须(xū)使用硫、铅含量低(dī)的燃油。在大量过剩氧气的存在下,具备原位NO x 还原能力催化剂的发展,可实现汽车发动机节约燃油(yóu)25%。随着(zhe)新材料的(de)应用以(yǐ)及低硫含量汽油(yóu)的推广(guǎng),催化(huà)燃(rán)烧技术市场(chǎng)前景广(guǎng)阔。
2、催化燃烧在处理二噁英气体方面的应用
催化燃烧(shāo)技(jì)术(shù)用于(yú)处理二(èr)噁英(yīng)气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转(zhuǎn)速下,二噁英的去除(chú)率达到99%,二噁英浓(nóng)度可降(jiàng)至0.1ng/m 3 以下。废气中多(duō)氯联苯(běn)并呋喃(nán)等(děng)二噁英(yīng)前(qián)驱物质基本完全分解,氮氧化物发生选(xuǎn)择(zé)性催化还原(yuán)反应,生成无害(hài)的氮气(qì)。
3、催(cuī)化燃烧(shāo)在处(chù)理工业有机废气方(fāng)面(miàn)的(de)应用(yòng)
石油化工、油漆、涂料、轮胎(tāi)制造等工业生(shēng)产(chǎn)过程中都涉及到有机(jī)挥发化合物的使用和排放(fàng)。这些挥发性有机物(VOCs)如不经处理直(zhí)排大气,会(huì)对环境造成严重的(de)污染(rǎn)。催化燃烧(shāo)净(jìng)化(huà)处理技术,将有机物分子(zǐ)在催化剂表(biǎo)面作用发生深度(dù)氧(yǎng)化转化为无害的(de)二氧化碳(tàn)和水。催化燃烧技术已由试验转入工程实践阶(jiē)段,并逐渐应用于石油化(huà)工、农(nóng)药(yào)、印刷、涂料等行业有机(jī)废气净(jìng)化处(chù)理。