催化燃(rán)烧(shāo)
概述:催化(huà)燃烧是典型的气一固相催化反(fǎn)应,其实质是活性(xìng)氧(yǎng)参与(yǔ)深(shēn)度氧化(huà)作(zuò)用。在催化燃烧过程中,催(cuī)化剂的作用是降(jiàng)低活化(huà)能,同时使反应物分子富(fù)集于表(biǎo)面提高了反应速率。借助催(cuī)化剂可使有(yǒu)机废气(qì)在较低的(de)起燃温度条(tiáo)件下,发生无焰燃烧(shāo),并(bìng)氧化分解为CO2和H2O,同时放(fàng)出(chū)大量热能,其反应(yīng)过程(chéng)为:
一、催化燃(rán)烧(shāo)的特点
1、起燃温度(dù)低.节省能源。有机废气催化(huà)燃烧与直(zhí)接燃烧(shāo)相比,具有起燃温度低,能耗小的显著特点。在某些情况下(xià),达到(dào)起燃温度后便无需(xū)外界供热
2、适(shì)用范围广。催化燃烧几乎(hū)可(kě)以处理所有的烃(tīng)类有机废(fèi)气及恶臭气体。对于有机化工(gōng)、涂料、绝缘材(cái)料等行(háng)业排放的(de)低浓(nóng)度、多(duō)成分、又没(méi)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(gèng)好。
3、处理(lǐ)效(xiào)率高,无二次污染用(yòng)催化燃烧法处(chù)理有(yǒu)机(jī)废气的净化率一(yī)般都(dōu)在95%以上,最终产物(wù)为无害(hài)的CO2和H2O,因此无二次污染问题。此外,由于温度低,能大量减少NOx,的生成。
二(èr)、催化剂的组成(chéng)和活性
1、催化剂(jì)及载体
催化剂通常都是由活(huó)性成分、助剂和载体等组成,催化反应的活(huó)性组分负载在较大(dà)比(bǐ)表面积(jī)的载体上,在催化反应中,载体(tǐ)的(de)作用除(chú)了负载(zǎi)分散活性组分外(wài),还可以增加催化剂的稳定性、选择性和活性等(děng)。所以,催化剂的活性不仅依赖于(yú)催化剂活(huó)性组分的分布,还依赖于载体颗粒(lì)大小和(hé)化学状态,即催化剂载体对(duì)催化效果和寿命有很(hěn)大的(de)影响。催化剂活性成分可分为贵金(jīn)属(shǔ)、非贵金属氧化物:贵金属Pt、Pd是低温催化燃烧最常(cháng)用的催(cuī)化剂,其优点是具有(yǒu)较高的催化活(huó)性、良好的抗毒性(xìng),缺点(diǎn)是活性组分容易挥(huī)发和烧结,其次是价格(gé)昂贵;非贵(guì)金(jīn)属催化剂主要有过渡金属铜、锰、铬等的氧化(huà)物以及钙钛矿型(xíng)复合(hé)氧化物催化剂(jì),价格相对较低,耐高(gāo)温热稳定性较好,不足之处(chù)是催化活性相对较低,起燃温(wēn)度要求较(jiào)高(gāo)。
2、催化剂中(zhōng)毒及防治(zhì)催化剂中毒主要有(yǒu)三种类型
(1)催化剂完全(quán)中毒。毒物与催化(huà)剂活(huó)性中心生成了结合力很强的物质,不能用一般方法将它去除或根本无法去除。
(2)抑(yì)制催化(huà)反应。卤素和硫的化合物易与活性中心结合,此作用是可(kě)逆的。
(3)沉积覆盖活性中(zhōng)心(xīn)。燃烧所(suǒ)致碳(tàn)沉积(jī)、陶(táo)瓷粉尘和其他颗粒物(wù)堵塞活性中心,影响催(cuī)化剂吸(xī)附能力,使其活性(xìng)下降。
三、催化燃(rán)烧(shāo)工艺流程
根据废(fèi)气预(yù)热(rè)方式及富集方(fāng)式(shì),催化燃烧工艺流(liú)程可分为(wéi)预热式、自然热(rè)平衡(héng)和吸附-催(cuī)化燃烧三种。
减少催化剂活性的衰(shuāi)减措施如下:按操作规程精准地控制反应条件;对废气进行预处理,防止催(cuī)化(huà)剂(jì)中毒;当催化剂表面结碳时,吹入过量(liàng)空气(qì)并提高燃烧温度,去(qù)除表(biǎo)面结碳(tàn);改进催化剂制备工艺(yì),提高催化剂耐热性和抗毒(dú)能力。
四(sì)、催化燃烧工艺流(liú)程
根(gēn)据(jù)废气预热方式及富集方式,催化燃(rán)烧工艺流程(chéng)可分为预热式、自(zì)然热平衡和吸附-催(cuī)化燃烧三种。
1、预热式
这是催化燃(rán)烧的最基本流程形式(见(jiàn)图1)。有机(jī)废气温度在100℃以下,浓度也较低,热(rè)量(liàng)不(bú)能自给,因(yīn)此在进入反应(yīng)器前需要在预热室加热(rè)升温。燃烧净化后气(qì)体(tǐ)在热交换器内(nèi)与未处(chù)理废气进行热(rè)交换,以回收部分热(rè)量。该工艺(yì)通常采(cǎi)用煤气或电加热升温至催化反应所需的(de)起燃温度(dù)。
2、自(zì)身(shēn)热(rè)平衡式
当(dāng)有(yǒu)机废气排出温度高(gāo)于起燃温度(dù)(在(zài)300℃ 左右)且有机物(wù)含量较高,热交换器回收部(bù)分(fèn)净化(huà)气 体(tǐ)所产(chǎn)生的热量,在正常操作下能够维持(chí)热(rè)平衡,无需补充(chōng)热量,通常(cháng)只(zhī)需(xū)要在(zài)催化燃烧(shāo)反应器中设(shè)置电加热器供起(qǐ)燃时使用。
3、吸附-催化燃烧
当有机废气(qì)的流(liú)量大(dà)、浓(nóng)度低、温度(dù)低、采用催(cuī)化燃烧需耗大量燃料时,可先采用吸附(fù)手段将有机废气吸附于吸附(fù)剂t进行浓缩,然(rán)后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为浓缩(suō)了(le)的高浓度有机废气(可浓缩10倍以上),再(zài)进行(háng)催(cuī)化燃(rán)烧(shāo)。此时,不需要(yào)补充热(rè)源,就可(kě)维持正(zhèng)常运行。
五、催化燃烧的应(yīng)用
1、催化燃(rán)烧在汽车尾气净化方面的应用
汽车(chē)尾气催化净(jìng)化是将排气管CO、CH和NO x借助汽车尾部(bù)安(ān)装的催化转化器(qì),发生催化反(fǎn)应转化(huà)为CO 2、H 2 O和N 2,此催化剂为三元催化剂。为防止催化剂中毒,必须使(shǐ)用硫、铅含量低的燃油。在大量过剩氧气(qì)的(de)存在下,具备(bèi)原位NO x 还原能力催(cuī)化(huà)剂的发展,可(kě)实现(xiàn)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(hán)量汽油的推广,催化燃烧技术市场前景广阔。
2、催化(huà)燃(rán)烧(shāo)在处理二噁英气体(tǐ)方面的应(yīng)用
催化燃烧技术用于(yú)处(chù)理二噁英气体,在240℃-260℃和8000r?h -1 的(de)转(zhuǎn)速下,二噁英的去除率达到99%,二噁英浓(nóng)度可(kě)降至0.1ng/m 3 以下。废气中多氯联苯并呋喃等二噁英前驱物质(zhì)基本完(wán)全分解(jiě),氮氧(yǎng)化物发生选(xuǎn)择性催化还原反应,生(shēng)成无害的氮(dàn)气。
3、催化燃烧在处理工业有机(jī)废气(qì)方面的(de)应用
石油化工、油漆、涂料、轮胎制造等工业生产过程中都涉及(jí)到有机挥发化(huà)合物的使用和排放(fàng)。这些挥发(fā)性有机物(VOCs)如不(bú)经处理直排大气,会对环(huán)境(jìng)造成严(yán)重的污染。催(cuī)化燃烧净(jìng)化处理技术(shù),将有(yǒu)机物(wù)分子在催(cuī)化剂(jì)表面作(zuò)用发生深度氧(yǎng)化转化为无害的二氧化碳和水。催化燃烧技术已由试验转入工程实践阶(jiē)段,并逐渐应用于石(shí)油(yóu)化(huà)工(gōng)、农药、印刷、涂料等行业有机废气净化处理(lǐ)。