催(cuī)化(huà)燃烧
概(gài)述:催(cuī)化燃烧是(shì)典型的气(qì)一固相催化反应,其实(shí)质是(shì)活性(xìng)氧参与深度氧化(huà)作用。在催(cuī)化燃烧过程中,催化剂的作用是(shì)降低活化能,同时使反应物分子(zǐ)富(fù)集于表面(miàn)提高了反应速率。借助催化剂可使有机(jī)废气(qì)在较(jiào)低的(de)起燃温(wēn)度(dù)条件下,发生无焰燃烧,并氧(yǎng)化分解为(wéi)CO2和H2O,同时放出大量热能,其反应过(guò)程为(wéi):
一、催化燃烧的特(tè)点(diǎn)
1、起燃(rán)温(wēn)度低.节省能源。有机废(fèi)气催化燃烧与(yǔ)直接燃烧相(xiàng)比,具有(yǒu)起(qǐ)燃温度低,能耗小(xiǎo)的显著特点。在某(mǒu)些情况下,达到(dào)起燃温度后便无需外(wài)界供热
2、适用范围(wéi)广。催化燃烧几(jǐ)乎可(kě)以处理所有的烃类有机废气及恶臭气(qì)体。对于有机化工、涂料、绝缘材料(liào)等行(háng)业(yè)排放(fàng)的低浓度、多成分、又(yòu)没有回收价(jià)值的废气,采(cǎi)用吸(xī)附一催化燃烧法的处理效果更好。
3、处理效率高,无二次污(wū)染用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都(dōu)在95%以上(shàng),最终产物为(wéi)无害的CO2和(hé)H2O,因此无二(èr)次污染(rǎn)问题。此(cǐ)外(wài),由于温(wēn)度低,能大量减少NOx,的生成。
二、催化剂的组成(chéng)和活性
1、催化剂(jì)及载(zǎi)体(tǐ)
催化剂通常都是由(yóu)活性成分、助剂和(hé)载体等组(zǔ)成(chéng),催化反应的活性组分负载(zǎi)在较(jiào)大比表面积的载体上,在催(cuī)化反应中,载体的作用除了(le)负载分散活(huó)性组分外,还可以增加催(cuī)化剂的稳定性、选择性(xìng)和(hé)活性等(děng)。所(suǒ)以,催化剂的活性不仅依(yī)赖(lài)于催化剂(jì)活性组(zǔ)分的分布,还依赖(lài)于载体颗粒大小和化(huà)学状态,即催化剂载体(tǐ)对(duì)催化效果和寿命有很大的影响。催化剂活性成分可分为(wéi)贵金属(shǔ)、非贵金属氧(yǎng)化物:贵金属(shǔ)Pt、Pd是低温(wēn)催化燃烧最常用的催化剂(jì),其优点是具有(yǒu)较(jiào)高的催化(huà)活(huó)性、良好的抗毒性,缺点(diǎn)是活性组(zǔ)分容易挥发和烧结,其次(cì)是价格昂贵;非(fēi)贵金属催化剂主要有过渡金属铜(tóng)、锰、铬等的氧化物以及钙(gài)钛(tài)矿型复合氧化物催化剂,价格相对较低,耐高温热稳定性较好,不足之处是催化(huà)活性(xìng)相对较低,起(qǐ)燃温度要求(qiú)较高(gāo)。
2、催化剂(jì)中毒及防治催化剂中毒主要有三种类型(xíng)
(1)催化剂(jì)完全中毒。毒物与催化(huà)剂活性中心生成了结(jié)合力很强的物(wù)质,不能(néng)用一般方法将它去除或根本无法去除(chú)。
(2)抑制催化反应。卤(lǔ)素和硫的化合物(wù)易与活性中心结合(hé),此作(zuò)用(yòng)是可逆的。
(3)沉积覆盖活性中心。燃烧(shāo)所致碳沉积、陶瓷粉尘和其他颗粒物堵塞活(huó)性中心,影响催(cuī)化剂吸(xī)附能力,使其活性下降。
三、催(cuī)化燃(rán)烧(shāo)工艺流程
根据(jù)废气预热(rè)方(fāng)式(shì)及富集方式(shì),催化燃烧(shāo)工(gōng)艺流程(chéng)可(kě)分为预热式、自然热平衡和吸附(fù)-催化燃烧(shāo)三种。
减少催(cuī)化剂(jì)活性的衰减措施如(rú)下:按(àn)操作规程(chéng)精准地控制反应条件(jiàn);对废气进行预处理,防止催化剂中毒;当催化剂表面结碳时(shí),吹入过量(liàng)空气并提高(gāo)燃(rán)烧(shāo)温度,去除表面结碳;改进(jìn)催(cuī)化剂(jì)制备工艺,提(tí)高催(cuī)化剂耐热性和(hé)抗毒能力。
四、催化燃烧工艺流(liú)程
根据废(fèi)气预热方式及富集方式,催化燃烧工(gōng)艺流程可分为(wéi)预热(rè)式(shì)、自然(rán)热平衡和吸(xī)附(fù)-催化燃(rán)烧三种。
1、预热(rè)式(shì)
这是催化燃烧的最基本流(liú)程形式(见图1)。有机废气温度在100℃以(yǐ)下,浓(nóng)度也较(jiào)低,热量(liàng)不能自给(gěi),因此在进入反应(yīng)器前需要在预(yù)热室(shì)加热升温。燃烧净化后气体在热(rè)交(jiāo)换器内与未(wèi)处理废气进行热交换,以回收部(bù)分热量(liàng)。该工艺通常采用(yòng)煤气或电加热升温至催化反(fǎn)应所需的起燃温度。
2、自身热平衡式
当(dāng)有机废(fèi)气排出温度(dù)高于(yú)起燃温度(在(zài)300℃ 左右)且有机(jī)物含量较高,热(rè)交换(huàn)器回(huí)收部(bù)分净化气 体所产生的热量,在正常操作下(xià)能够(gòu)维持热平衡(héng),无需补(bǔ)充(chōng)热量,通常(cháng)只需要在(zài)催化燃烧(shāo)反应(yīng)器中设(shè)置电加(jiā)热器(qì)供起燃时使用。
3、吸附-催化燃烧
当有机废气(qì)的流量大、浓度(dù)低、温度低(dī)、采用(yòng)催化燃烧(shāo)需耗大量燃料时,可先采用吸附手段将有(yǒu)机废气吸附于吸附剂t进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为浓缩了(le)的高浓度有机废气(可浓缩10倍以上(shàng)),再进行催化燃(rán)烧。此时,不需要(yào)补充热源,就可(kě)维持正(zhèng)常运(yùn)行。
五、催化燃烧的应用
1、催化燃(rán)烧在汽车尾气(qì)净化(huà)方面(miàn)的应用
汽车尾气催化净化是将排气(qì)管(guǎn)CO、CH和NO x借助汽车尾部安装的催化转化(huà)器,发生催(cuī)化反应转化为CO 2、H 2 O和N 2,此催化(huà)剂(jì)为三元(yuán)催化剂。为防止(zhǐ)催化剂中毒,必须使用硫(liú)、铅含(hán)量低的燃油。在大量过(guò)剩氧气的存在下,具备原位NO x 还原能力催(cuī)化剂的发展,可实现汽车发动机节约燃油25%。随着新材料(liào)的应用以及低硫含量汽(qì)油的推广,催化(huà)燃烧技术市场前景广阔。
2、催化燃烧在处理二噁英气体(tǐ)方面的(de)应用
催化燃(rán)烧技术用(yòng)于处理二噁英气体(tǐ),在(zài)240℃-260℃和(hé)8000r?h -1 的(de)转速下,二噁英的去(qù)除率达到99%,二噁(wù)英浓度可降至0.1ng/m 3 以下。废气中(zhōng)多氯联苯并呋喃(nán)等二噁英(yīng)前驱物质基本(běn)完(wán)全分解,氮氧化(huà)物(wù)发生选择性催化(huà)还(hái)原反应(yīng),生成(chéng)无害的氮气(qì)。
3、催化燃烧在处理工业有机(jī)废气方面的应用
石油化工、油漆、涂料(liào)、轮胎制造等工业生(shēng)产过程中(zhōng)都涉(shè)及(jí)到有机挥发化合物的使用和排(pái)放。这些挥发性有机(jī)物(wù)(VOCs)如不经处理直排大气,会对环境造成严重的污染。催化(huà)燃(rán)烧净(jìng)化处理技术,将有(yǒu)机物分子(zǐ)在催(cuī)化剂表面作用发(fā)生深度氧(yǎng)化转化为无害的二氧化碳和水。催化(huà)燃烧技术已(yǐ)由试验转(zhuǎn)入(rù)工程实践(jiàn)阶段,并(bìng)逐渐应(yīng)用于石油化(huà)工、农药、印刷、涂料(liào)等行(háng)业有机废气净化处理。