催化燃烧

概述:催化燃烧是典型的气一固(gù)相催化反应,其实质是(shì)活性氧(yǎng)参与深度氧化作用。在催化(huà)燃(rán)烧过程中,催(cuī)化剂的作(zuò)用(yòng)是(shì)降低活化能,同时使反应物(wù)分子富(fù)集于表面提高了反应(yīng)速率。借(jiè)助催化剂可使有机废(fèi)气在较低的起燃温度条(tiáo)件下,发生无焰燃烧,并氧化(huà)分解为CO2和H2O,同(tóng)时(shí)放(fàng)出(chū)大量热能,其反应(yīng)过程为:

 

一、催(cuī)化燃烧的(de)特点

1、起燃温(wēn)度(dù)低.节省能源(yuán)。有机废气催化燃(rán)烧与直接燃烧相比,具有(yǒu)起燃温度低(dī),能耗小的显著特(tè)点。在某些情况下,达到起燃温(wēn)度(dù)后便(biàn)无需外(wài)界供(gòng)热

2、适用范围广(guǎng)。催化燃烧几乎(hū)可(kě)以处理所有(yǒu)的烃类有机废气(qì)及(jí)恶臭气体。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(dù)、多成分、又没有回(huí)收价值的废气(qì),采用吸附一催化燃烧法的处(chù)理效果更好。

3、处(chù)理(lǐ)效率高,无二次污染用催化燃烧法处理有机废气的(de)净化(huà)率一(yī)般都在95%以上,最终产(chǎn)物为无害的CO2和H2O,因此无二(èr)次污染问题。此外(wài),由于温度低,能大(dà)量(liàng)减少NOx,的生成(chéng)。

 

二、催(cuī)化剂的组成和活性

1、催化剂及载体

催(cuī)化剂通(tōng)常都是由活性成分、助剂和载(zǎi)体(tǐ)等组成,催化反应的活性(xìng)组(zǔ)分负载(zǎi)在较大比表面积的载体上,在(zài)催化反(fǎn)应中,载(zǎi)体的作用除了负载(zǎi)分散活性(xìng)组分外,还可以(yǐ)增加(jiā)催化剂的稳定性(xìng)、选择性和活性等。所以(yǐ),催化剂的活性(xìng)不(bú)仅依(yī)赖于催化剂活性组分的(de)分布,还依赖(lài)于载(zǎi)体颗(kē)粒大小和化学状态,即催化剂载体对催化效果和寿命有很大的影响(xiǎng)。催(cuī)化剂活性成分可分为贵金属、非贵金属(shǔ)氧化物:贵金属(shǔ)Pt、Pd是(shì)低温催化燃烧最常用的催化剂,其优点是具有较高的催化(huà)活性、良好的抗毒性,缺点是活性组分容易挥(huī)发和烧(shāo)结,其次是价格昂(áng)贵;非贵金属(shǔ)催(cuī)化剂(jì)主要有过渡金属铜(tóng)、锰、铬等的(de)氧化物以及(jí)钙钛矿型复合氧化物催化剂,价格相对较(jiào)低(dī),耐高温热稳定性较好,不足之(zhī)处是催化(huà)活性相对较低(dī),起燃温度要求(qiú)较高(gāo)。

2、催化(huà)剂中毒及防(fáng)治催化剂(jì)中毒(dú)主要有三种类型

(1)催化剂完全中(zhōng)毒。毒物与催化剂活性(xìng)中心生成了(le)结(jié)合力(lì)很强的物质,不能用一般方法将它(tā)去除或根本无法去除(chú)。

(2)抑制催化反应。卤素和(hé)硫(liú)的化合物(wù)易(yì)与活性(xìng)中心结合,此作用(yòng)是可逆的。

(3)沉积覆盖(gài)活(huó)性(xìng)中心。燃烧所致碳沉积(jī)、陶瓷粉尘和其他颗(kē)粒物(wù)堵塞活性(xìng)中心,影响催化剂吸附能(néng)力,使其活性下降。

 

三、催化(huà)燃(rán)烧工艺流程

根据废气预(yù)热(rè)方式及富集方(fāng)式,催化燃烧工艺流程可分为预热(rè)式、自然热平衡和(hé)吸附-催(cuī)化燃烧(shāo)三种(zhǒng)。

减少催化剂活性(xìng)的衰减措施如下:按操作规程精准地控制反应条件;对废气进行预处(chù)理,防止催化剂中毒;当催化(huà)剂表面(miàn)结碳时,吹入过(guò)量空气并提(tí)高燃烧(shāo)温度,去除(chú)表面结碳;改进(jìn)催(cuī)化剂制(zhì)备(bèi)工艺,提高(gāo)催化剂耐热性(xìng)和抗毒能力。

 

四、催化燃(rán)烧工艺流程

根据废气(qì)预(yù)热方式及富集方式(shì),催化燃烧工艺流程可分为预(yù)热式(shì)、自然(rán)热(rè)平衡和吸附-催化燃烧三种。

1、预(yù)热式

这是催化燃(rán)烧的(de)最(zuì)基本流程形式(见图1)。有机(jī)废(fèi)气温度在100℃以(yǐ)下(xià),浓(nóng)度也较低,热量不能自给,因(yīn)此在进入反应(yīng)器前(qián)需要(yào)在(zài)预热(rè)室加热升温。燃烧净化后气体在热交换(huàn)器内(nèi)与(yǔ)未处理废气进行热(rè)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(zhì)催(cuī)化反应所需的(de)起燃(rán)温度。

2、自身(shēn)热平衡式

当有(yǒu)机废气排出(chū)温度(dù)高于起燃温度(在(zài)300℃ 左右)且有机物含(hán)量较高,热交换(huàn)器(qì)回(huí)收部分净化气 体所(suǒ)产生的(de)热量,在正常操作下能够维(wéi)持热平衡(héng),无需补充热量,通常只(zhī)需要在催化燃烧反应(yīng)器中设置电加热器(qì)供起燃时使用。

3、吸附-催化(huà)燃烧

当有机(jī)废气的流(liú)量大、浓(nóng)度低、温度低、采用催化燃烧需耗大量燃料时,可先(xiān)采用吸附手段将(jiāng)有机废气吸附于(yú)吸附剂(jì)t进行(háng)浓缩,然后通过(guò)热空(kōng)气吹扫,使有(yǒu)机废气脱(tuō)附(fù)成(chéng)为浓缩了(le)的高浓度有机废(fèi)气(可浓缩10倍(bèi)以上),再进行催化燃烧。此时,不(bú)需要补充热(rè)源,就可维(wéi)持(chí)正常运行。

 

五、催(cuī)化燃烧的应用(yòng)

1、催化燃烧在(zài)汽车尾(wěi)气净化(huà)方面的应(yīng)用(yòng)

汽车尾气催(cuī)化净化是(shì)将排气管(guǎn)CO、CH和(hé)NO x借助汽(qì)车尾部安装的催化(huà)转化器,发生催(cuī)化反(fǎn)应转化为CO 2、H 2 O和N 2,此催化(huà)剂为三元催化剂。为防止催化剂中毒,必须使用硫、铅含量低的(de)燃油。在大(dà)量过剩(shèng)氧气的存(cún)在下,具备(bèi)原位NO x 还原能(néng)力催(cuī)化剂的(de)发展,可(kě)实现汽车(chē)发(fā)动机(jī)节约燃油25%。随着新材料的应用以(yǐ)及低(dī)硫含量汽油(yóu)的推广(guǎng),催(cuī)化燃烧技术市场(chǎng)前景广阔。

2、催化(huà)燃烧在处理二噁英(yīng)气体方(fāng)面的应用(yòng)

催化燃烧技术用于处(chù)理二噁英气(qì)体,在(zài)240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下(xià),二噁英的去除率(lǜ)达到99%,二噁英浓度可降至(zhì)0.1ng/m 3 以下。废(fèi)气中(zhōng)多(duō)氯联(lián)苯并呋喃等二噁英(yīng)前驱物质(zhì)基本完全分解,氮氧化物(wù)发生选择性催化还原反(fǎn)应,生(shēng)成无(wú)害(hài)的氮气。

3、催化燃烧在处理工业有机废气方面的应用(yòng)

石油化工、油漆、涂料、轮胎制造等工业生产过(guò)程中(zhōng)都涉及到有机挥发(fā)化合物的使用和排(pái)放(fàng)。这些挥(huī)发性有机物(VOCs)如不(bú)经处理直排大气,会对环境造(zào)成(chéng)严重的污染(rǎn)。催化燃(rán)烧净化处理技术(shù),将(jiāng)有机(jī)物分(fèn)子在催化剂(jì)表面作用发生深度氧化转化为无(wú)害的二氧化(huà)碳和水(shuǐ)。催化(huà)燃烧(shāo)技术已由试验转入工(gōng)程实践阶段,并逐渐应用于(yú)石油化工、农药、印(yìn)刷(shuā)、涂料(liào)等(děng)行(háng)业有机废气净(jìng)化处(chù)理。

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