催化燃烧(shāo)
概述:催化燃烧(shāo)是典型的气一(yī)固相催化反应,其实质是活性(xìng)氧参(cān)与深度(dù)氧化作用。在催化燃烧过程中,催化(huà)剂的作用(yòng)是(shì)降低(dī)活(huó)化(huà)能,同(tóng)时使反应物分(fèn)子富集于表面(miàn)提高了反应速率。借助催化剂(jì)可(kě)使有机废(fèi)气在较低(dī)的起燃温度条件(jiàn)下,发生无(wú)焰燃烧,并氧化分解为CO2和H2O,同时放出大量热能,其反应过程(chéng)为:
一、催化燃烧的特点
1、起燃温度低.节省能源。有(yǒu)机废气催(cuī)化燃烧(shāo)与直接(jiē)燃(rán)烧相比,具有起(qǐ)燃温度(dù)低,能耗小的显著特点。在某些情况下,达到(dào)起燃温度后便无需外界供热
2、适(shì)用范围广。催化燃(rán)烧几乎可(kě)以处理(lǐ)所有(yǒu)的烃(tīng)类(lèi)有机废(fèi)气及恶(è)臭气(qì)体。对(duì)于有机化工、涂料(liào)、绝缘材料等行业排放的低(dī)浓度、多成分、又没有回收价值的废气,采用吸附一(yī)催化燃烧(shāo)法的处理效(xiào)果更好(hǎo)。
3、处理效率高,无二次污染用催(cuī)化燃烧法处理有机废气的净化(huà)率一般都(dōu)在(zài)95%以上,最终产物(wù)为(wéi)无害的(de)CO2和H2O,因此无二次污染(rǎn)问题(tí)。此外,由于(yú)温度低,能大量减(jiǎn)少NOx,的(de)生(shēng)成。
二(èr)、催化剂的组成和活性
1、催化剂及载体(tǐ)
催化剂通常都是由活性成分、助(zhù)剂和(hé)载体等组成,催化反应的活性组分负载在较大比表(biǎo)面积的载体(tǐ)上,在催化反应中,载(zǎi)体(tǐ)的(de)作(zuò)用除了负载分散活(huó)性(xìng)组分(fèn)外,还可以增加催(cuī)化剂的稳定性、选择性(xìng)和(hé)活性等(děng)。所以,催化剂(jì)的活(huó)性不仅依赖于催化剂活(huó)性组分的分布,还依赖于载体(tǐ)颗粒大小和化学状态,即催(cuī)化剂载体对(duì)催化效果和寿命有很大(dà)的影(yǐng)响。催化剂活性成(chéng)分(fèn)可(kě)分(fèn)为贵金属、非贵金属氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最常用(yòng)的(de)催化剂,其优点是具有较高的催化活(huó)性、良好的(de)抗毒(dú)性,缺点是活性组分容易挥发和烧结,其次是价格(gé)昂贵;非贵金属催化剂主要(yào)有过(guò)渡金属铜、锰(měng)、铬等的氧化物以及钙钛矿型(xíng)复(fù)合(hé)氧化(huà)物催化剂(jì),价格相对较低(dī),耐高温热(rè)稳定(dìng)性较好,不足(zú)之处(chù)是(shì)催化(huà)活性相对(duì)较低,起燃温度(dù)要(yào)求较高。
2、催化剂中毒(dú)及防(fáng)治催(cuī)化剂中毒主要有三种类型(xíng)
(1)催化剂完(wán)全中毒。毒物与催化剂活性中心生成了结(jié)合力很强的物质,不能用一(yī)般方法将它去(qù)除或根本无(wú)法去除。
(2)抑制(zhì)催化反应。卤素和(hé)硫的化合(hé)物易(yì)与活性中心结合,此作(zuò)用是可逆(nì)的。
(3)沉积(jī)覆盖(gài)活性中(zhōng)心。燃烧所致碳沉积、陶瓷粉(fěn)尘和其他颗粒物堵塞活性中心,影响催化剂吸附能力,使(shǐ)其活性下降。
三、催化燃烧工艺流程
根(gēn)据废气预(yù)热方式及富集方式,催化燃(rán)烧工艺(yì)流程可分为(wéi)预热式(shì)、自然热(rè)平衡和吸附(fù)-催化燃烧三种(zhǒng)。
减少(shǎo)催化剂活性的衰(shuāi)减措施如下:按操作规程精准地控制反应条件;对(duì)废(fèi)气进行预处理,防止催化剂中毒;当催化剂表面结碳时,吹入(rù)过量空(kōng)气(qì)并(bìng)提高燃烧温度,去除表(biǎo)面(miàn)结碳;改进(jìn)催化剂制备工艺,提高催化剂耐热性和抗毒能力。
四(sì)、催化燃烧工(gōng)艺流程
根(gēn)据废气预热方式(shì)及富集方式(shì),催化燃烧工艺(yì)流程可分(fèn)为预热式、自然热平衡和(hé)吸附-催化(huà)燃烧(shāo)三种。
1、预热式
这是催化燃烧的最基本(běn)流程形式(shì)(见图(tú)1)。有机废气温度在100℃以下,浓(nóng)度也较低,热(rè)量不能自给,因此在进入反应器前(qián)需(xū)要(yào)在预热(rè)室加热升温。燃烧净化后(hòu)气体(tǐ)在热交换器内与未处理废(fèi)气进行热交换,以回收(shōu)部分热量。该(gāi)工艺通常采用煤气或电(diàn)加热升(shēng)温至催化反应所需(xū)的起(qǐ)燃温(wēn)度。
2、自身热平衡式(shì)
当有机(jī)废气排出温度高于起燃温度(在300℃ 左右)且有机物含量(liàng)较高,热交换器(qì)回收(shōu)部分净化气 体(tǐ)所产生的热量,在正(zhèng)常操作下(xià)能够维持(chí)热平衡,无(wú)需补充热量,通常只需要在催(cuī)化燃烧反应器中(zhōng)设置电加热器供起(qǐ)燃时使用。
3、吸附-催(cuī)化燃烧
当有机废气的(de)流量大、浓(nóng)度低、温(wēn)度低、采用催化燃烧需耗大(dà)量燃料时,可先采用吸附手(shǒu)段将有机废气吸(xī)附于吸附剂t进(jìn)行浓缩,然(rán)后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为(wéi)浓缩了的高浓度有机废气(可浓缩10倍以(yǐ)上),再进行(háng)催化燃烧。此时,不需要补充热源,就可维持正常(cháng)运行。
五(wǔ)、催化(huà)燃烧的(de)应用(yòng)
1、催化燃(rán)烧在汽车尾气净化方面的(de)应用
汽车尾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转(zhuǎn)化器,发生催化(huà)反应转化为CO 2、H 2 O和N 2,此催化剂为(wéi)三元催化剂。为防止催化(huà)剂(jì)中毒,必须使用硫、铅含(hán)量低的燃(rán)油(yóu)。在大(dà)量过剩氧(yǎng)气的存在下,具(jù)备原位NO x 还原能力(lì)催化剂的(de)发展,可(kě)实现(xiàn)汽车发动机(jī)节约燃油25%。随着新材料的应用以及低(dī)硫含量汽油的(de)推广,催化燃(rán)烧技术(shù)市场(chǎng)前景广阔。
2、催化(huà)燃烧在处理(lǐ)二噁英气体方面的应用
催化燃烧技术用(yòng)于处理二噁英气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的转速下,二噁英(yīng)的去(qù)除率(lǜ)达到(dào)99%,二噁(wù)英浓(nóng)度可降至0.1ng/m 3 以下。废气中多氯联苯并呋(fū)喃(nán)等二噁英前(qián)驱(qū)物质基(jī)本(běn)完全(quán)分解,氮氧化物(wù)发生选择性催化还(hái)原反(fǎn)应,生成无害的氮气(qì)。
3、催化燃烧在处理工业有机废气(qì)方面的应(yīng)用
石油(yóu)化工(gōng)、油漆(qī)、涂料、轮胎制造等工业生产过程中都涉及到有机挥发化合物的(de)使用和排放(fàng)。这些(xiē)挥发性(xìng)有机(jī)物(VOCs)如不经处理直排大气,会对环境造(zào)成(chéng)严重的污染。催化燃烧净化处理技术,将有机物分子(zǐ)在(zài)催化(huà)剂表(biǎo)面作用发生深度氧化转化为无害的二(èr)氧化碳和水。催化燃烧技术已(yǐ)由试(shì)验转入工程实(shí)践阶段,并逐渐应用于石油(yóu)化工(gōng)、农药、印刷、涂料等行业有机废气净化处理。