催(cuī)化燃(rán)烧
概述(shù):催化(huà)燃烧是(shì)典(diǎn)型(xíng)的气(qì)一固(gù)相催化反应,其实质是活性(xìng)氧参与深度氧化作用。在催化燃(rán)烧过程中,催化剂(jì)的作用(yòng)是降低活化能,同时使反应物分子(zǐ)富集于(yú)表面提高了反应速(sù)率。借(jiè)助催化剂可使有机废气在(zài)较低的起(qǐ)燃温(wēn)度条件下,发(fā)生无焰燃烧,并氧化分解(jiě)为CO2和H2O,同时放出大量热能,其(qí)反应过程(chéng)为(wéi):
一(yī)、催化燃烧的特点
1、起燃温度低.节省能源。有机废气(qì)催化(huà)燃烧与直接燃(rán)烧相比,具(jù)有起燃温度低,能(néng)耗(hào)小的显著特点(diǎn)。在某些(xiē)情况下,达到起燃温度后(hòu)便无需外界供热
2、适用范围广。催化燃烧几乎可以处理所有的(de)烃类有机废气及(jí)恶臭气体。对于(yú)有机化工、涂(tú)料、绝缘材料等行业排放的低浓度(dù)、多成分、又(yòu)没有回收价(jià)值的废气,采用吸附一催化燃烧法(fǎ)的处理效(xiào)果更(gèng)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气(qì)的净化率一般(bān)都(dōu)在95%以上,最终产物(wù)为(wéi)无害的CO2和H2O,因(yīn)此无(wú)二次污染问题。此外(wài),由于温(wēn)度低,能大量减(jiǎn)少NOx,的生成。
二、催化剂的组成和(hé)活性
1、催化剂及载体(tǐ)
催化剂通常都是(shì)由活性(xìng)成分、助剂和载体等组(zǔ)成,催化反应的(de)活性组分负载在较大比表面(miàn)积的载体(tǐ)上(shàng),在催(cuī)化反应中,载体的作用除(chú)了负载分散活性组分(fèn)外,还可(kě)以增加(jiā)催化剂的稳定(dìng)性、选(xuǎn)择(zé)性和活性(xìng)等(děng)。所以,催化剂的(de)活性不(bú)仅依赖于催化剂活性(xìng)组分的(de)分布,还(hái)依赖于载体颗(kē)粒大小和化学状(zhuàng)态,即催化剂载(zǎi)体对催化(huà)效果和寿(shòu)命有很大的(de)影响。催化(huà)剂活性成(chéng)分可分为贵金属、非贵金属(shǔ)氧化物:贵金属(shǔ)Pt、Pd是低温催化燃烧最常用的催化(huà)剂,其(qí)优点是具(jù)有较高(gāo)的催化活性(xìng)、良好的抗毒性,缺点是(shì)活(huó)性组分容易挥发(fā)和烧结,其(qí)次是(shì)价格昂(áng)贵;非贵金属催化剂主要有过渡金属铜、锰、铬等的氧化物(wù)以及钙钛矿型复合氧化物催化剂,价格(gé)相对较低,耐高温热稳定性较好,不足之处(chù)是催化活(huó)性相对较低,起燃温(wēn)度要求较高。
2、催化剂中毒(dú)及防治催化剂中(zhōng)毒主要有三(sān)种类型(xíng)
(1)催化剂完(wán)全中毒。毒物与(yǔ)催(cuī)化剂活性中心生成(chéng)了(le)结合力很强(qiáng)的物(wù)质,不能用一般方法将它去除或根本无(wú)法去除。
(2)抑(yì)制催(cuī)化反(fǎn)应。卤素和硫的化合物易与活性中(zhōng)心结合,此作用是可逆的。
(3)沉积覆盖活性中心。燃(rán)烧所致(zhì)碳沉积、陶瓷粉尘和其他颗粒物堵塞活性中心(xīn),影响催化剂吸附(fù)能力,使其活性下降。
三、催化燃烧工(gōng)艺(yì)流程
根据(jù)废气(qì)预热(rè)方式及富集方式,催化燃烧工艺流(liú)程可分为预(yù)热式、自(zì)然(rán)热平(píng)衡(héng)和吸附-催化燃烧三种。
减(jiǎn)少催化剂活性的衰减措施(shī)如下:按(àn)操(cāo)作规程精(jīng)准(zhǔn)地控制反(fǎn)应条件(jiàn);对废气进(jìn)行预处理,防止催化剂中毒;当催化剂表(biǎo)面结碳时,吹入(rù)过(guò)量空气并(bìng)提高燃烧温度(dù),去(qù)除(chú)表(biǎo)面结碳;改进(jìn)催化剂制(zhì)备工艺,提(tí)高催化剂耐(nài)热(rè)性和(hé)抗毒能力。
四、催化燃烧工(gōng)艺流程(chéng)
根据废(fèi)气预热方式及富集方(fāng)式(shì),催(cuī)化燃(rán)烧(shāo)工艺流(liú)程可(kě)分为预热式、自然(rán)热平(píng)衡和(hé)吸附-催化燃烧(shāo)三种。
1、预热式
这(zhè)是催化燃烧的(de)最基本流程形式(shì)(见(jiàn)图1)。有(yǒu)机废气温度在100℃以下,浓度也(yě)较低,热量不(bú)能自(zì)给,因此在进入反应(yīng)器前需要在预热室加热(rè)升(shēng)温。燃烧(shāo)净化后气体(tǐ)在热交换器内(nèi)与未处理废气进行热交换,以(yǐ)回收部分热量。该工艺通(tōng)常(cháng)采(cǎi)用(yòng)煤气或电加(jiā)热升温至催化反应所需的起燃温度。
2、自身热平衡式
当有机废气排出温度(dù)高于起燃(rán)温度(在300℃ 左右)且(qiě)有机物含(hán)量较高,热交换器回(huí)收部分(fèn)净化气 体所产生的热(rè)量,在(zài)正常操作下能够维持(chí)热(rè)平衡,无需补充(chōng)热(rè)量(liàng),通常(cháng)只需要在催(cuī)化燃烧反应器中(zhōng)设(shè)置电加热器供起燃时(shí)使用。
3、吸附-催化燃烧(shāo)
当有机废气的流量(liàng)大、浓度(dù)低、温度低、采用催(cuī)化燃烧需耗大量燃料时,可先采(cǎi)用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂t进行(háng)浓缩,然后通过热空气(qì)吹扫,使有机废气脱附(fù)成为浓缩了的高浓度有机废气(qì)(可浓缩10倍以上),再进行催(cuī)化燃烧。此时,不(bú)需要补(bǔ)充热(rè)源,就可维持正常运行(háng)。
五(wǔ)、催化燃烧的应用(yòng)
1、催化燃烧在汽车尾气净化方面的应用
汽车尾气催化净化(huà)是将(jiāng)排气管CO、CH和NO x借助汽车尾部安装的催(cuī)化转化器,发(fā)生催化反应转化为CO 2、H 2 O和N 2,此催化剂为三元催化剂。为(wéi)防止(zhǐ)催(cuī)化(huà)剂(jì)中毒,必须使用(yòng)硫(liú)、铅含量低(dī)的燃油(yóu)。在(zài)大量过剩氧气的存在下,具(jù)备原位NO x 还原能力催化剂的发展,可(kě)实现汽车发动机(jī)节约燃油25%。随着新材料的(de)应用以(yǐ)及(jí)低硫(liú)含(hán)量汽油的推广,催化(huà)燃烧技术市场前景广阔。
2、催化燃烧(shāo)在处理二噁英(yīng)气体方面(miàn)的应(yīng)用
催化燃烧技术用于处理二噁英气体(tǐ),在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下(xià),二(èr)噁英(yīng)的去(qù)除(chú)率达到99%,二噁英浓(nóng)度可降至0.1ng/m 3 以(yǐ)下。废气中多氯联苯并(bìng)呋喃等二噁(wù)英前驱物质基本(běn)完(wán)全分解,氮氧化物发生(shēng)选择性催化还原反应,生(shēng)成无害的氮气。
3、催(cuī)化燃烧在(zài)处(chù)理工(gōng)业有(yǒu)机废气方面(miàn)的应用
石油化工、油(yóu)漆、涂料、轮胎制造等工(gōng)业生产过程中(zhōng)都涉及到有机挥发化(huà)合物的使用和排放(fàng)。这些挥发性有机(jī)物(VOCs)如不(bú)经处理直排大气,会对环境造成严重(chóng)的(de)污染。催化(huà)燃烧净化处理技术,将有(yǒu)机物分子在催化(huà)剂表(biǎo)面作(zuò)用发生深度(dù)氧化转(zhuǎn)化为(wéi)无害的二氧化碳(tàn)和(hé)水。催化燃烧技术已由试验转入(rù)工程实(shí)践阶(jiē)段,并逐渐(jiàn)应用于石油(yóu)化工、农药、印刷、涂料等行业(yè)有(yǒu)机(jī)废气(qì)净化处理(lǐ)。