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催化燃烧技术介绍

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2018-06-26 11:58【

催化燃烧技术介绍 

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挥发性有机物 (Volatile Organic Compounds,简称VOCs)是石油化工、制药、印刷、喷漆、制鞋等行业排放废气中的主要污染物。该类有机物大多具有毒性并伴有恶臭 , 部分还可以致癌 , 且多数 VOCs 对臭氧层有破坏作用。传统的有机废气净化方法有吸附法、冷凝法和直接燃烧法等 , 但它们有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制的缺点。而新兴的催化燃烧技术已由实验阶段走向工程实践。

1-催化燃烧的基本原理

催化燃烧是典型的气-固相催化反应,其实质是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低反应的活化能,同时使反应物分子富集于催化剂表面,以提高反应速率。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下发生无焰燃烧,并氧化分解为CO2H2O,同时放出大量热。

2-催化燃烧的特点

2.1 起燃温度低,节省能源。

有机废气催化燃烧与直接燃烧相比,具有起燃温度低、能耗低的显著特点。在某些情况下,催化燃烧达到起燃温度后便无需外界供热。

2.2 适用范围广

催化燃烧几乎可以处理所有的烃类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、无回收价值的废气,采用吸附-催化燃烧法的处理效果。

2.3 处理效率高,无二次污染

用催化燃烧法处理有机废气的净化率一般都在95%以上,终产物为无害的CO2H2O (杂原子有机化合物还有其他燃烧产物),且由于燃烧温度低,能大量减少NOX的生成,因此不会造成二次污染。

3-催化剂及催化燃烧动力学

3. 1 催化剂种类

燃烧型催化剂的种类比较多,按活性成分大体可分为贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复氧化物催化剂3大类。

3. 1. 1 贵金属催化剂

PtPdRu等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性,且使用寿命长、适用范围广、易于回收,因而是常用的废气燃烧催化剂。如我国早采用的Pt2Al2O3催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源、价格昂贵、耐中毒性差,因此,人们一直在努力寻找替代品,尽量减少其用量。

3. 1. 2 过渡金属氧化物催化剂

作为贵金属催化剂的取代品,氧化性较强的过渡金属氧化物对CH4等烃类和CO的氧化都具有较高的催化活性,同时成本较低,常见的有MnOxCoOxCuOx等催化剂。大连理工大学研制的含MnO2催化剂,在条件下能消CH3OH蒸汽,对C2H4OC3H6OC6H6 蒸汽的也很有效果。

3. 1. 3 复氧化物催化剂

一般认为,复氧化物之间由于存在结构或电子调变等相互作用,其催化活性比相应的单一氧化物要高。复氧化物催化剂主要有以下两大类。

4-催化燃烧工艺流程

根据废气的预热方式及富集方式,催化燃烧工艺流程可分为 3 种。

(1) 预热式。预热式是催化燃烧的基本流程形式。有机废气温度在100℃以下、浓度也较低时,热量不能自给,因此在进入反应器前需要在预热室加热升温。通常采用煤气或电加热将废气升温至催化反应所需的起燃温度;燃烧净化后的气体在热交换器内与未处理的废气进行热交换,以回收部分热量。

(2) 自身热平衡式。有机废气温度高且有机物含量较高,通常只需要在催化燃烧反应器中设置电加热器供起燃时使用,通过热交换器回收部分净化气体所产生的热量,正常操作下能够维持热平衡,不需补充热量。

(3) 吸附-催化燃烧。当有机废气的流量大、浓度低、温度低 , 采用催化燃烧需消耗大量燃料时,可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂上进行浓缩,然后通过热空气吹扫,使有机废气脱附成为高浓度有机废气(可浓缩10倍以上)后再进行催化燃烧。不需要补充热源就可维持正常运行。

有机废气催化燃烧工艺的选择主要取决于:

燃烧过程的放热量 , 即废气中可燃物的种类和浓度;

起燃温度 , 即有机组分的性质及催化剂活性;

热回收率等。当回收热量超过预热所需热量时,可实现自身热平衡,无需外界补充热源,这是经济的。

5-催化燃烧过程的热平衡

催化燃烧是放热反应,放热量的大小取决于有机物的种类及其含量。如能依靠废气燃烧的反应热维持催化燃烧过程持续进行是经济的操作方法。而能否以自热维持体系的正常反应则取决于燃烧过程的放热量、催化剂的起燃温度、热量回收率、废气的初始温度等条件。

以含甲苯的废气净化为例,设3种废气分别含甲苯8000mg/m34000mg/m2000mg/m3,催化剂相应的起燃温度分别为200℃、250℃、300 , 废气的初始温度分别为30℃、 150℃,热交换器效率与需补充能量之间的关系。

6-催化燃烧的应用

6. 1 溶剂类污染物的净化处理

这类污染物量大面广,主要是三苯(苯、甲苯和二甲苯)、酮类、醇类及其他一些含氧衍生物等。采用吸附-催化燃烧法治理彩印厂三苯废气,治理前废气浓度为1320mg/m3,治理后浓度小于50 mg/m3,达到环保排放要求。

对主要含烃类污染物的石化污水处理场隔油池散发的废气进行处理,采用蜂窝状Pt PdCe多组分TC79-2-2H催化剂对进口总烃体积分数为1000-6000μl/L的废气进行催化燃烧,净化排气总烃体积分数小于100μl/L,总烃去除率达到97%以上。

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