催化燃烧(shāo)

概述:催(cuī)化燃烧是典型的(de)气一固相催化反应,其实(shí)质是活性氧参与深度氧(yǎng)化作用。在(zài)催化燃烧过程中,催化(huà)剂的作(zuò)用是降低活化(huà)能,同时使反应(yīng)物分子(zǐ)富集于表面(miàn)提高了(le)反应速率。借助催化剂(jì)可使有机废气在较低的起燃温度(dù)条件下(xià),发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同时放出(chū)大量热能,其(qí)反应过程(chéng)为:

 

一、催(cuī)化燃烧的特点

1、起燃温度低(dī).节省能源(yuán)。有机(jī)废气催化燃烧(shāo)与直接燃(rán)烧相比,具(jù)有起燃温度(dù)低,能耗小的显著特点。在某些情况下,达到起(qǐ)燃(rán)温度后(hòu)便无需外(wài)界供热

2、适用范围广。催化燃烧几乎可以处理所(suǒ)有(yǒu)的烃类有机废气及恶臭气体。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的(de)低浓度、多成分、又没有回收价值的废气(qì),采用吸附一催化燃烧法的处理效(xiào)果更好。

3、处理效率高,无(wú)二次污染用催化燃烧法处理有(yǒu)机废气(qì)的(de)净(jìng)化率一般(bān)都在95%以上(shàng),最终产物为无害的CO2和H2O,因此(cǐ)无二次污染问题。此外(wài),由(yóu)于温度低,能大量减少(shǎo)NOx,的生成。

 

二、催化(huà)剂的组成和(hé)活性

1、催化剂及载(zǎi)体

催化剂通常(cháng)都是由活性成(chéng)分、助剂和载(zǎi)体等组成,催(cuī)化反应(yīng)的(de)活性组分负载在较大(dà)比表面积的(de)载体(tǐ)上,在催化反应中,载体(tǐ)的(de)作用(yòng)除了负载分散活性(xìng)组分外(wài),还可以增加催化剂的稳定性、选择性(xìng)和活性等。所以,催(cuī)化剂(jì)的活性不仅依(yī)赖于催化(huà)剂(jì)活性组(zǔ)分(fèn)的分布(bù),还依(yī)赖(lài)于载体(tǐ)颗粒大小和化学(xué)状态,即催化剂载体对催化效果和寿命有很大的影响(xiǎng)。催化剂活性成(chéng)分可分为贵金属(shǔ)、非贵金(jīn)属氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催(cuī)化燃烧最常(cháng)用的催化剂,其优点是具(jù)有较高的催化活性(xìng)、良好的(de)抗毒性,缺点是(shì)活性组分容易挥发和(hé)烧(shāo)结,其(qí)次是价格(gé)昂贵;非贵金属(shǔ)催化剂主要(yào)有过渡金属铜、锰、铬(gè)等的氧化物以及钙钛矿(kuàng)型复合氧化物催化剂,价格相对(duì)较低,耐高温热稳定性较好(hǎo),不足之(zhī)处是(shì)催化活性相对较低,起燃温度要求(qiú)较高。

2、催化剂中毒及防治(zhì)催(cuī)化剂中毒主要有三(sān)种类型

(1)催化剂完(wán)全中毒(dú)。毒物(wù)与催化剂活(huó)性中心(xīn)生成了(le)结合力很(hěn)强的(de)物质,不能用一般(bān)方法将它去(qù)除或(huò)根本无(wú)法去除。

(2)抑制催化反应。卤素和硫(liú)的化合物易与活性中心结(jié)合,此作用是可逆的。

(3)沉积(jī)覆盖活(huó)性中(zhōng)心。燃烧所致碳沉积、陶瓷粉(fěn)尘和其他颗粒(lì)物堵塞活(huó)性中心(xīn),影响催化剂吸(xī)附能力,使其活(huó)性下降。

 

三、催化燃烧工艺流程

根(gēn)据废气预热(rè)方式及(jí)富集方(fāng)式,催化燃烧(shāo)工艺(yì)流程可分为(wéi)预(yù)热式、自然热平(píng)衡(héng)和吸附-催(cuī)化燃烧三种。

减少催化剂活性(xìng)的衰减措施(shī)如下:按操作(zuò)规程精(jīng)准地控制反应条件;对废气进(jìn)行预处理,防止催(cuī)化剂中毒;当(dāng)催化剂表面结碳(tàn)时,吹入(rù)过(guò)量空气并提高燃烧温(wēn)度,去除表(biǎo)面结碳(tàn);改进催化剂制备工艺,提高(gāo)催(cuī)化剂耐热性和抗毒(dú)能力。

 

四(sì)、催化(huà)燃(rán)烧工艺流程(chéng)

根据(jù)废(fèi)气预(yù)热方式及富集方式(shì),催化燃(rán)烧工艺(yì)流程可分为预热(rè)式(shì)、自然热平衡和(hé)吸(xī)附(fù)-催化燃烧三种(zhǒng)。

1、预热式

这(zhè)是催化燃烧的最(zuì)基本(běn)流(liú)程(chéng)形式(shì)(见图1)。有机废气温(wēn)度在100℃以下(xià),浓度(dù)也较(jiào)低(dī),热量不能(néng)自给,因此在进入反应(yīng)器前需要在预热室加(jiā)热升(shēng)温。燃(rán)烧净化后气体在热交(jiāo)换器内与未处理废气(qì)进行热交换(huàn),以回收部(bù)分热(rè)量(liàng)。该工艺(yì)通常采用煤气(qì)或(huò)电加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高于起燃温度(在(zài)300℃ 左右(yòu))且有机物含(hán)量(liàng)较高(gāo),热交(jiāo)换器(qì)回收部分净化气 体所产生的热量,在正常操作下能(néng)够维持热平衡,无需补充热量,通常只需要在催化(huà)燃烧反应器中设(shè)置电加热器供(gòng)起燃时(shí)使(shǐ)用。

3、吸附(fù)-催(cuī)化(huà)燃(rán)烧

当(dāng)有机废气的流量大(dà)、浓度低、温度(dù)低、采用催化燃烧需耗(hào)大量燃料时,可(kě)先采用(yòng)吸附手段将有机废气吸附于(yú)吸附剂t进行浓缩,然后通过热空气吹(chuī)扫(sǎo),使有机(jī)废气脱附成为浓缩(suō)了的(de)高浓度有机废(fèi)气(可浓缩10倍以上),再进(jìn)行催化燃烧。此时,不需要补充热源(yuán),就可(kě)维持正常运行(háng)。

 

五、催化燃烧的应用

1、催化燃(rán)烧在汽车(chē)尾气净化方(fāng)面的(de)应用

汽车(chē)尾气催化净化是(shì)将(jiāng)排(pái)气管CO、CH和NO x借助汽车尾部安(ān)装的催化转化器,发生催化反应(yīng)转化(huà)为CO 2、H 2 O和(hé)N 2,此催(cuī)化剂为三元催化剂。为(wéi)防(fáng)止催化剂中毒,必须使用硫、铅含量低的燃油。在大量过剩氧气的存在下,具备(bèi)原位NO x 还原能力(lì)催化剂的发展,可实现汽车发动机节(jiē)约燃油(yóu)25%。随(suí)着新材料的(de)应(yīng)用以及低硫含量汽油的推广,催化(huà)燃烧技术市场前景广(guǎng)阔。

2、催化燃烧在处(chù)理(lǐ)二(èr)噁英气体方面(miàn)的(de)应用

催化燃(rán)烧技术用于处理二(èr)噁英气体,在(zài)240℃-260℃和8000r?h -1 的(de)转速(sù)下,二噁(wù)英的去除率达到99%,二噁(wù)英浓度可(kě)降至0.1ng/m 3 以下。废(fèi)气中多氯联苯(běn)并呋喃(nán)等二噁英前驱(qū)物(wù)质基本完全分解,氮氧(yǎng)化物发生选择性催化(huà)还原反应,生成无害的氮气。

3、催(cuī)化燃烧在处理工业有机废气方面的应(yīng)用(yòng)

石(shí)油化工、油漆(qī)、涂料、轮胎(tāi)制造等工业生(shēng)产(chǎn)过程中都涉及到有(yǒu)机挥(huī)发化合物(wù)的使用和排放。这些(xiē)挥发性(xìng)有机物(VOCs)如不经处(chù)理(lǐ)直排大(dà)气,会对环境造成严重的污染。催(cuī)化燃烧净化处理技术(shù),将有机物分子(zǐ)在催化剂表面作用发生深(shēn)度氧化(huà)转(zhuǎn)化为无害的二氧(yǎng)化(huà)碳和水。催化燃(rán)烧技术已由试验转入工程实践阶段,并逐渐应用于石油化工、农药、印(yìn)刷、涂料等行业有机废气(qì)净化处理。

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