催化燃烧

概述:催化(huà)燃烧是(shì)典型的气一固相催化反应,其实质是活性氧(yǎng)参与深度(dù)氧化(huà)作用。在催化燃烧过程中,催化剂的(de)作用是降(jiàng)低活化能,同时使(shǐ)反应物分子富集于表面(miàn)提高了(le)反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低(dī)的起燃温度条件下(xià),发生(shēng)无焰燃烧(shāo),并氧化分解为CO2和H2O,同时(shí)放出大量热能,其反(fǎn)应(yīng)过(guò)程为:

 

一、催(cuī)化燃烧的特点

1、起燃温度低.节省能源。有(yǒu)机废(fèi)气(qì)催化燃烧与直接燃烧相比,具有(yǒu)起燃(rán)温度低,能耗小的显(xiǎn)著(zhe)特(tè)点。在某(mǒu)些情况下,达到起燃温度后便无需外界供热

2、适(shì)用范围广(guǎng)。催化燃(rán)烧几(jǐ)乎可以处理所有(yǒu)的烃类有机废气(qì)及恶臭(chòu)气体。对于有机化工、涂(tú)料、绝(jué)缘材(cái)料等行(háng)业排放的低浓度(dù)、多成分(fèn)、又没有回(huí)收价值的废气(qì),采用(yòng)吸附一催化燃烧法(fǎ)的处理效果更好。

3、处理效率高,无二次污染用催(cuī)化燃(rán)烧法(fǎ)处理有机废气的净化率一般都在95%以上(shàng),最(zuì)终产物为无害的CO2和H2O,因此无二次(cì)污(wū)染问题。此外,由(yóu)于(yú)温度低,能(néng)大量(liàng)减少(shǎo)NOx,的生成。

 

二、催化剂的组成(chéng)和活性

1、催化剂及载体

催化剂通常都是由(yóu)活性成分(fèn)、助剂和载体等(děng)组(zǔ)成,催化(huà)反应的活性(xìng)组分负载在较大比(bǐ)表面积(jī)的载体上,在催化(huà)反应中,载体的(de)作用除(chú)了负载分散活性组分(fèn)外,还可以增加(jiā)催化剂的稳定性、选择性和活性(xìng)等。所以,催化剂的活性不(bú)仅(jǐn)依赖于(yú)催化剂活性(xìng)组分(fèn)的分布,还依赖于(yú)载体颗(kē)粒大小和化学状态,即(jí)催(cuī)化剂载(zǎi)体对催化效果和(hé)寿命有(yǒu)很大(dà)的影响。催化剂活性成分可分为贵金属、非贵金属氧化(huà)物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最(zuì)常(cháng)用的催化剂,其优点(diǎn)是具有较高(gāo)的催(cuī)化(huà)活性(xìng)、良好(hǎo)的(de)抗毒性,缺点是活(huó)性组分容易挥发和(hé)烧结,其(qí)次是价格昂贵(guì);非(fēi)贵金属催化剂主要(yào)有过渡金属铜、锰、铬(gè)等的氧化物以及钙钛(tài)矿型复合氧化(huà)物催化剂,价格相(xiàng)对较低,耐高温热稳定性较好,不(bú)足(zú)之处是催(cuī)化活性相对较低(dī),起燃温(wēn)度要求(qiú)较(jiào)高。

2、催化(huà)剂中毒及防治(zhì)催(cuī)化(huà)剂中毒主要有三(sān)种类(lèi)型

(1)催化(huà)剂完全中毒。毒(dú)物与催化剂活性中(zhōng)心生(shēng)成(chéng)了结合力很强(qiáng)的物质,不(bú)能用一般方法将它(tā)去除(chú)或根本无(wú)法去除。

(2)抑制(zhì)催化(huà)反应。卤素和硫的化合物易与活(huó)性中心(xīn)结合,此(cǐ)作用(yòng)是可逆的。

(3)沉积覆盖活性中心。燃烧所致碳(tàn)沉积、陶(táo)瓷(cí)粉尘和其(qí)他颗粒(lì)物堵(dǔ)塞活性中心,影(yǐng)响催化(huà)剂(jì)吸附能力,使其活性下降。

 

三、催化燃烧工艺流程

根据废(fèi)气预热方式及富集方式,催(cuī)化燃烧工艺流程可分为预热(rè)式、自然热平衡(héng)和吸(xī)附-催化(huà)燃烧三种(zhǒng)。

减少催化剂活性的(de)衰减措施如下:按操作规程精准地(dì)控制反(fǎn)应条(tiáo)件;对废气进(jìn)行预处理,防(fáng)止催化剂中毒(dú);当催化(huà)剂表面结碳时,吹(chuī)入过(guò)量空气并提高燃烧(shāo)温(wēn)度,去除(chú)表面结碳;改进催化剂制备工艺,提(tí)高(gāo)催(cuī)化剂耐热性和抗毒(dú)能力。

 

四、催化燃烧工艺(yì)流程

根据废气预热方式及富集(jí)方式,催化(huà)燃烧工艺流(liú)程可分为预(yù)热式、自(zì)然热平衡和吸附(fù)-催化燃(rán)烧(shāo)三种。

1、预热(rè)式(shì)

这是催化燃烧的最基本流程形式(见图1)。有机(jī)废气温度(dù)在100℃以(yǐ)下,浓度也较(jiào)低,热(rè)量(liàng)不能自给,因此(cǐ)在进入反(fǎn)应(yīng)器(qì)前需要在预热室加热升温。燃烧净化后气体在热交(jiāo)换器内与未处理废气进行热(rè)交(jiāo)换,以回收部(bù)分热量(liàng)。该工艺通常采用煤气或电加热升(shēng)温(wēn)至催化反应所(suǒ)需(xū)的(de)起燃温(wēn)度。

2、自身热(rè)平衡式

当有机废气排出温度高(gāo)于起(qǐ)燃温(wēn)度(在(zài)300℃ 左右)且有机(jī)物含量较高,热交换器回(huí)收部分净(jìng)化气(qì) 体所产生的(de)热(rè)量,在正常操作下能够维持热(rè)平衡,无需补充热量,通常只需要在(zài)催化(huà)燃(rán)烧反应器中设置电加热器供起燃时使(shǐ)用(yòng)。

3、吸附-催化燃烧

当有机废气的流量大、浓度低、温(wēn)度低、采用催化燃(rán)烧(shāo)需(xū)耗大量燃料(liào)时,可先采用(yòng)吸附手段将有机废气吸附于吸附剂t进行浓缩,然后通过热空气吹扫(sǎo),使有机废气脱附成为浓缩(suō)了的(de)高(gāo)浓度有机废(fèi)气(qì)(可浓缩10倍以上),再进行催化燃烧。此时,不(bú)需要补充热源,就可(kě)维(wéi)持正(zhèng)常(cháng)运行。

 

五、催化燃烧(shāo)的(de)应用

1、催化燃烧在汽车尾气(qì)净化方面的应用

汽车(chē)尾气催化净化是将排气(qì)管CO、CH和(hé)NO x借助汽车(chē)尾部(bù)安(ān)装的催化转化器,发(fā)生催化(huà)反(fǎn)应转化(huà)为(wéi)CO 2、H 2 O和(hé)N 2,此催化(huà)剂为三元催化剂。为防止(zhǐ)催化剂中毒(dú),必须使用硫、铅含量低的燃油。在大量(liàng)过剩氧气的(de)存在下,具备原位NO x 还原能(néng)力(lì)催化剂的发展(zhǎn),可实现汽(qì)车发动机节约燃(rán)油25%。随着新(xīn)材料的应用以及低硫含量汽油的推广,催化(huà)燃(rán)烧技术市场(chǎng)前景广阔。

2、催化燃烧在处(chù)理二噁英气体方面的应(yīng)用

催化燃(rán)烧技术(shù)用于处理二(èr)噁(wù)英气体,在(zài)240℃-260℃和(hé)8000r?h -1 的转速下,二噁英(yīng)的去除率达到99%,二噁英浓度可降至0.1ng/m 3 以下(xià)。废气中多氯(lǜ)联苯(běn)并(bìng)呋喃等二噁英前(qián)驱(qū)物(wù)质基(jī)本完(wán)全分解(jiě),氮氧化物发生选择性催(cuī)化(huà)还(hái)原反应,生成无(wú)害的氮气。

3、催化燃烧在处理工业有机废气方面的应用

石油(yóu)化工、油漆、涂料、轮(lún)胎制造等工业生(shēng)产过程(chéng)中都涉及到(dào)有机挥发化合物的使用和排(pái)放(fàng)。这些挥发性有机物(VOCs)如不经处(chù)理(lǐ)直排大气,会对环境造成严(yán)重的(de)污染。催(cuī)化燃烧净化处理技术,将有机(jī)物分子在催(cuī)化剂表面作用发生(shēng)深度氧(yǎng)化转化为无(wú)害的二氧(yǎng)化碳(tàn)和水。催化燃烧技术已由试验转(zhuǎn)入工程实践阶段,并(bìng)逐渐(jiàn)应用(yòng)于石油(yóu)化工、农药、印刷、涂料等行业有机废气净化处理。

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