催化燃烧(shāo)
概述:催化燃烧是典型(xíng)的(de)气一固相催化反应,其(qí)实质是活性氧参与深度(dù)氧(yǎng)化作用。在(zài)催化燃烧过程中,催化(huà)剂的作(zuò)用(yòng)是降低(dī)活(huó)化能,同时使反应(yīng)物分子富集于表面提高(gāo)了反应速率。借助催化剂可使(shǐ)有机(jī)废气在较(jiào)低的(de)起(qǐ)燃温度(dù)条件下,发(fā)生无焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同时放出大量(liàng)热能,其反应过程为:
一、催(cuī)化(huà)燃烧的特点
1、起燃温度低(dī).节(jiē)省能源。有机废气催化燃烧与直接燃烧相比(bǐ),具有起燃温度低,能耗(hào)小的显著特点(diǎn)。在某些情况下,达(dá)到(dào)起(qǐ)燃温度后便无需(xū)外(wài)界供热
2、适用范围广。催化(huà)燃烧几乎可以处理(lǐ)所有的(de)烃类(lèi)有机废(fèi)气及恶臭气体。对于(yú)有机化工、涂料、绝缘材料等行业(yè)排放的低浓度、多成分、又(yòu)没有回(huí)收价值的废气(qì),采用吸(xī)附一催化燃烧法的处理效果更好。
3、处理(lǐ)效率(lǜ)高,无二次污染用催(cuī)化燃烧法处理(lǐ)有机废气的净化率一般都在95%以上(shàng),最终(zhōng)产物(wù)为(wéi)无害的CO2和H2O,因此无二次(cì)污染问题(tí)。此外,由(yóu)于(yú)温(wēn)度低(dī),能大量减少NOx,的(de)生成(chéng)。
二、催化(huà)剂的(de)组成和活性
1、催(cuī)化剂及载体
催化剂通常都是由活性(xìng)成分、助剂(jì)和载体等组成,催化反应的(de)活性组分负(fù)载在较(jiào)大比表(biǎo)面积的载体上,在催化反应中,载体的作用除了负载分散活性组分(fèn)外(wài),还可以增加催化(huà)剂的稳定性(xìng)、选择性和活性(xìng)等。所以,催化剂(jì)的活(huó)性(xìng)不仅(jǐn)依赖于催化(huà)剂活性组分(fèn)的(de)分布,还依赖于载体颗粒大小和化学状态,即催化剂载(zǎi)体对催化效果和(hé)寿命有很大的影响(xiǎng)。催化剂(jì)活性成分可分(fèn)为贵金(jīn)属、非(fēi)贵金属氧化物:贵金属(shǔ)Pt、Pd是低温催化燃烧(shāo)最常用的催化剂(jì),其优点是具有较高的催化活性、良好(hǎo)的(de)抗(kàng)毒性,缺(quē)点是活性组分容易挥发(fā)和(hé)烧结,其次是价(jià)格昂贵;非贵(guì)金属催化剂(jì)主(zhǔ)要有过渡金属(shǔ)铜、锰、铬(gè)等的氧化物以及钙钛矿型复(fù)合氧化物(wù)催(cuī)化(huà)剂,价格相对较低,耐高温热稳定(dìng)性较好,不足(zú)之处是催化活性相对(duì)较低(dī),起燃温度要求较高。
2、催化剂(jì)中毒及(jí)防治催(cuī)化剂中毒主要有(yǒu)三种类型
(1)催化剂完全中毒(dú)。毒(dú)物(wù)与催化剂活性中心生成了结合力很强(qiáng)的物质,不能用(yòng)一般(bān)方法将它去除(chú)或根本无(wú)法去除。
(2)抑制催化反应。卤素和硫的化合(hé)物易与活(huó)性中心结合,此作用是可逆的。
(3)沉积(jī)覆盖活性中(zhōng)心。燃烧所(suǒ)致碳沉积、陶瓷(cí)粉(fěn)尘和其他颗(kē)粒(lì)物堵塞(sāi)活性(xìng)中心,影响(xiǎng)催化剂吸附能力,使其(qí)活性下降。
三、催化燃烧工(gōng)艺流程
根据废气预热方式及富集方式(shì),催化燃烧工(gōng)艺流程可分为预热式、自然热平衡和吸附-催化燃烧三(sān)种。
减少催化剂活性(xìng)的衰减(jiǎn)措施如下:按操作规(guī)程精准地控制反应条件;对废气进行预处理,防止催(cuī)化剂中(zhōng)毒;当催化剂(jì)表面结碳时(shí),吹入过量空气并提高燃烧温度,去除表面结碳;改进催化剂制备工艺(yì),提高催化(huà)剂耐热性和抗毒(dú)能力。
四、催化燃烧(shāo)工艺(yì)流(liú)程
根(gēn)据(jù)废气(qì)预热方式及(jí)富集方式,催化燃烧工艺流程可(kě)分为预热(rè)式、自然热平衡和吸附-催化燃烧三(sān)种。
1、预热式
这是催化燃(rán)烧(shāo)的最基本流程形式(见图1)。有机废气温度在100℃以下,浓度也较低,热量不能自给,因(yīn)此(cǐ)在(zài)进(jìn)入反应器(qì)前需要在预热室加热升(shēng)温(wēn)。燃烧净化(huà)后气体在热交换器内与未(wèi)处理(lǐ)废气进行热交(jiāo)换,以回收(shōu)部分热量(liàng)。该工艺通常采用煤气(qì)或电加热升温(wēn)至催化反应所需的起燃温度。
2、自身热平衡式
当有(yǒu)机废气排出温度高(gāo)于起(qǐ)燃温度(在300℃ 左(zuǒ)右)且有机物(wù)含量较高,热(rè)交换器回收部分净化气 体所产生的热量,在正常操(cāo)作下能够维持热平衡,无(wú)需补充热量,通(tōng)常只需要在催化(huà)燃(rán)烧反(fǎn)应器中设置电加热器供起燃时使(shǐ)用(yòng)。
3、吸附-催(cuī)化(huà)燃烧
当(dāng)有机废气(qì)的流量大(dà)、浓度低、温(wēn)度低、采用催化燃烧需(xū)耗(hào)大(dà)量燃料时,可先采用吸附(fù)手段将有机废气(qì)吸附于吸附剂t进行浓(nóng)缩,然后通过热空气吹扫,使有(yǒu)机废气脱附成为浓(nóng)缩了的高浓度有机废气(可浓缩10倍以上(shàng)),再进行催化燃烧。此时,不需(xū)要补(bǔ)充热源,就(jiù)可维持正常运行。
五、催化燃烧的(de)应用
1、催(cuī)化燃烧在汽车尾气净化(huà)方(fāng)面的应用
汽车尾气催化净化是将排(pái)气管CO、CH和NO x借助汽车尾部安(ān)装的催化转化器,发(fā)生催化反应(yīng)转化为CO 2、H 2 O和(hé)N 2,此催化剂为三元催化(huà)剂。为防止催化剂中毒(dú),必须使用硫(liú)、铅含(hán)量低的(de)燃油。在大量过(guò)剩氧气的存在下(xià),具备(bèi)原位NO x 还原能力(lì)催化(huà)剂的(de)发展,可实现汽车发动机节约燃(rán)油25%。随(suí)着新材料的应用以及低硫含量汽油(yóu)的推(tuī)广,催化(huà)燃烧技(jì)术市场(chǎng)前景广阔。
2、催化燃烧在处理二噁英气体方面的应用
催(cuī)化燃烧技(jì)术用于处理(lǐ)二噁英(yīng)气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转(zhuǎn)速下,二(èr)噁英(yīng)的去除(chú)率达(dá)到99%,二噁英(yīng)浓度可降至0.1ng/m 3 以下。废气(qì)中多氯联苯并呋喃等二噁英(yīng)前驱物质基本完全分解,氮氧化(huà)物发生选择性催化还原反应,生(shēng)成(chéng)无害(hài)的氮气。
3、催化燃烧在处理工业(yè)有机废气(qì)方面的(de)应用
石油化工、油漆、涂(tú)料、轮胎制造等工业生产过程中都涉(shè)及(jí)到有机(jī)挥发化合物(wù)的使用和排放。这(zhè)些挥发(fā)性有机物(wù)(VOCs)如不经处理直排大气,会对环境(jìng)造成严重的污染。催(cuī)化燃烧(shāo)净化处理(lǐ)技术,将有机(jī)物分子在催化剂表面作用发(fā)生深度氧化(huà)转化(huà)为(wéi)无害(hài)的二氧化碳(tàn)和(hé)水。催化燃(rán)烧技术已由试验转入工程实践阶段,并(bìng)逐(zhú)渐应用于石(shí)油化工、农药(yào)、印刷、涂料等(děng)行业有机废气(qì)净化处理(lǐ)。