催化燃烧
概述(shù):催化燃烧是典型的气一(yī)固相催化反应,其实质是活性(xìng)氧(yǎng)参与深度(dù)氧化(huà)作用。在催化燃烧过程中(zhōng),催(cuī)化剂的作用是降低活化能,同时使反应物分子富集于表面提(tí)高了反应速率。借助(zhù)催(cuī)化剂(jì)可使有机废(fèi)气在较低(dī)的起(qǐ)燃(rán)温度条件下,发生无焰燃烧(shāo),并氧化分解为CO2和H2O,同时放(fàng)出大量热能,其(qí)反应过程为(wéi):
一、催(cuī)化燃烧的特点
1、起燃温度(dù)低.节省能源。有(yǒu)机废气(qì)催化燃烧与直接燃烧相(xiàng)比(bǐ),具有起燃温度低,能耗小的显著特点。在某些情况下,达到起燃温度(dù)后便无需外界供热
2、适用范围(wéi)广(guǎng)。催化燃烧几乎可以处(chù)理所有的(de)烃类(lèi)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低浓度、多成分、又没有回收(shōu)价值(zhí)的废气,采用吸(xī)附一催化燃烧(shāo)法的处(chù)理(lǐ)效果(guǒ)更好。
3、处(chù)理效率高(gāo),无二次污染用(yòng)催化燃烧法处理有机废(fèi)气的净化率一般都在(zài)95%以上,最终产物为(wéi)无害(hài)的CO2和H2O,因此无二次污染问题。此外,由于温度低,能大(dà)量减(jiǎn)少NOx,的生成(chéng)。
二、催(cuī)化剂(jì)的组成和活性
1、催(cuī)化剂及载体(tǐ)
催化剂通常都是由(yóu)活性成分(fèn)、助剂(jì)和载体等(děng)组成,催化反应的活性组(zǔ)分负载在较大比表面积的载体上,在催化反应中(zhōng),载体的作用除了负载分散活性组分外,还可以增加催化剂的稳定性(xìng)、选择性(xìng)和活性(xìng)等。所以,催化(huà)剂的活性不仅(jǐn)依赖于催(cuī)化(huà)剂活性组分的分布,还依赖于(yú)载体颗粒大小和化(huà)学状(zhuàng)态,即催化剂载体对催化效果和寿命有很大的影响。催化剂活性成分(fèn)可分为贵(guì)金属、非贵金属(shǔ)氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最常用的催化剂,其优(yōu)点是具有(yǒu)较高(gāo)的催化活性(xìng)、良好的抗毒性,缺点是活性组分容易挥发和烧结,其(qí)次是价格昂贵;非贵金属催化剂主(zhǔ)要有过(guò)渡金属铜、锰、铬等的氧化物以及钙钛矿型复合氧化物催(cuī)化剂,价格(gé)相对较低(dī),耐(nài)高温热稳(wěn)定性(xìng)较好,不足之处是催(cuī)化活性相(xiàng)对(duì)较低(dī),起燃温度要求较高。
2、催化剂中(zhōng)毒及防治催化剂中毒主(zhǔ)要有三(sān)种类型
(1)催化剂完(wán)全中毒(dú)。毒物与催化剂活性(xìng)中心生成了结合力很强的物质,不能(néng)用(yòng)一般方法将它(tā)去除(chú)或根本无法(fǎ)去除。
(2)抑制(zhì)催化反(fǎn)应。卤(lǔ)素和硫的(de)化合物易与活性中心结合,此作(zuò)用是可逆(nì)的。
(3)沉积覆盖活性中心。燃烧所致碳沉积、陶瓷粉尘和其他颗粒物堵(dǔ)塞(sāi)活性中心,影响(xiǎng)催化剂吸附能力,使其活(huó)性下降。
三、催(cuī)化燃(rán)烧工艺(yì)流(liú)程
根(gēn)据废(fèi)气预热方式及富集方式,催化燃烧工艺流程可分为预热式、自然(rán)热平(píng)衡和吸附-催化(huà)燃烧三种。
减少催化剂活性的(de)衰减措(cuò)施如下(xià):按操作规(guī)程(chéng)精准地控制反应条件;对废气进(jìn)行预处理,防止催化剂中毒;当催(cuī)化剂表面结碳时,吹入过量(liàng)空(kōng)气并提高燃烧温度,去除表面结碳;改(gǎi)进催化剂制备工艺,提高催化(huà)剂耐热性和抗毒能力。
四、催化(huà)燃烧(shāo)工艺流程
根据废气预热方式及(jí)富(fù)集方式,催化燃烧(shāo)工艺流程可分(fèn)为预热式、自然热平(píng)衡和吸附-催化燃烧三种。
1、预热(rè)式
这是催化燃烧的最基本流程(chéng)形式(见(jiàn)图1)。有机废气(qì)温度在100℃以(yǐ)下(xià),浓度也较低,热量不(bú)能自给,因此在(zài)进入反应器前需要(yào)在预热(rè)室加热(rè)升温。燃(rán)烧净化后气体在热交(jiāo)换器内(nèi)与未处理废气进行热交换(huàn),以回收部(bù)分热量。该工艺(yì)通常采用(yòng)煤气或电加热升(shēng)温至催化反应所需(xū)的起燃温度(dù)。
2、自身热平衡式
当(dāng)有机废气(qì)排(pái)出温度高于起燃温度(在(zài)300℃ 左右)且有机物含量较高(gāo),热(rè)交换器(qì)回收部分净化气 体所产生的(de)热量,在正常操作下能够维持(chí)热平衡,无需补充热量,通常只需(xū)要在催化燃烧反应器中设置(zhì)电(diàn)加热器供起燃时使(shǐ)用(yòng)。
3、吸附-催(cuī)化(huà)燃烧(shāo)
当有机废气的流量(liàng)大(dà)、浓度低(dī)、温度低、采用催(cuī)化燃烧(shāo)需耗大量燃料时,可先采用吸附手(shǒu)段将(jiāng)有机废气吸附于吸附剂t进行浓缩,然后通过热空气(qì)吹扫,使有机废气脱附(fù)成为(wéi)浓缩了的高浓度有机废(fèi)气(可浓缩10倍以上(shàng)),再进行催化燃烧(shāo)。此时,不(bú)需要补(bǔ)充热源,就可(kě)维持正常运行。
五、催化燃烧的应用
1、催化燃(rán)烧在汽车尾气净化方面的应(yīng)用
汽车(chē)尾(wěi)气催化净化是将排气管CO、CH和NO x借助汽车尾部安装的催化(huà)转化器,发生催(cuī)化反应转化为(wéi)CO 2、H 2 O和N 2,此催化(huà)剂为三(sān)元催化剂。为防(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,具备原(yuán)位NO x 还原能力催化剂的发展,可实现汽车(chē)发动机节约燃(rán)油25%。随着(zhe)新材料(liào)的(de)应用以及低硫含(hán)量汽(qì)油的推广,催化(huà)燃烧技术(shù)市场前景广阔。
2、催化燃(rán)烧在处理二(èr)噁英气体方面的(de)应用
催化(huà)燃烧技术用于处理二噁英(yīng)气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的(de)转速下,二噁英的(de)去除率(lǜ)达(dá)到99%,二噁英浓度可降至0.1ng/m 3 以下(xià)。废气中多氯联苯并呋喃等二噁英(yīng)前驱(qū)物质基本完(wán)全分解,氮氧化物发(fā)生选择性(xìng)催化还原(yuán)反(fǎn)应,生成无害的氮气。
3、催化燃烧(shāo)在处理(lǐ)工业有机(jī)废气方(fāng)面的应用
石油化工(gōng)、油(yóu)漆、涂(tú)料、轮胎制造等工业生产过程中都(dōu)涉(shè)及到(dào)有机(jī)挥(huī)发化(huà)合物的使用和排放。这些挥(huī)发性有(yǒu)机物(VOCs)如不经处理直排大气,会(huì)对环境(jìng)造成严重(chóng)的污染。催(cuī)化燃烧净化处理技术,将有机物分子在催(cuī)化剂表面作用(yòng)发(fā)生深度氧化转化为无害(hài)的二氧(yǎng)化碳和水。催(cuī)化燃烧技术已由试验转入工程实(shí)践阶段(duàn),并逐渐应用于石油化工、农药、印刷、涂(tú)料等行业有机(jī)废气净化处(chù)理。