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催化燃烧净化装置基本工作原理介绍

发布时间:2020-09-10   浏览量:

催化燃烧作为废气处理的一种方法,它的原理是什么呢?

一、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的深度氧化作用。在催化燃烧过程中,催化剂的作用是降低活化能,同时催化剂表面具有吸附作用,使反应物分子富集于表面提高了反应速率,加快了反应的进行。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,同时放出大量热能

催化燃烧起燃温度低,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,能耗也小的显著特点。在某些情况下,达到起燃温度后便无需外界供热。

二、催化剂及燃烧动力学

2.1催化剂的主要性能指标

在空速较高,温度较低的条件下,有机废气的燃烧反应转化率接近100%,表明该催化剂的活性较高[9]。催化剂的活性分诱导活化、稳定、衰老失活3个阶段,有一定的使用限期,工业上实用催化剂的寿命一般在2年以上。使用期的长短与最佳活性结构的稳定性有关,而稳定性取决于耐热、抗毒的能力。对催化燃烧所用催化剂则要求具有较高的耐热和抗毒的性能。有机废气的催化燃烧一般不会在很严格的操作条件下进行,这是由于废气的浓度、流量、成分等往往不稳定,因此要求催化剂具有较宽的操作条件适应性。催化燃烧工艺的操作空速较大,气流对催化剂的冲击力较强,同时由于床层温度会升降,造成热胀冷缩,易使催化剂载体破裂,因而催化剂要具有较大的机械强度和良好的抗热胀冷缩性能。

2.2催化剂种类

目前催化剂的种类已相当多,按活性成分大体可分3类。

2.2.1贵金属催化剂

铂、钯、钌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,因而是最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采用的Pt-Al2O3催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源稀少,价格昂贵,耐中毒性差,人们一直努力寻找替代品或尽量减少其用量。

2.2.2过渡金属氢化物催化剂

作为取代贵金属催化剂,采用氧化性较强的过渡金属氧化物,对甲烷等烃类和一氧化碳亦具有较高的活性,同时降低了催化剂的成本,常见的有MnOxCoOxCuOx等催化剂。大连理工大学研制的含MnO2催化剂,在130°C及空速130001-1的条件下能消除甲醇蒸气,对乙醛、丙酮、苯蒸气的清除也很有效果。

2.2.3复氧化物催化剂

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,活性比相应的单一氧化物要高。主要有以下两大类:

(1)钙钛矿型复氧化物

稀土与过渡金属氧化物在- -定条件下可以形成具有天然钙钛矿型的复合氧化物,通式为ABO3,其活性明显优于相应的单一氧化物。结构中一般A为四面体型结构,B为八面体形结构,这样AB形成交替立体结构,易于取代而产生品格缺陷,即催化活性中心位,表面晶格氧提供高活性的氧化中心,从而实现深度氧化反应。常见的有几类如: BaCuO2LaMnO3等。

(2)尖晶石型复氧化物

作为复氧化物重要的一种结构类型,以AB2X4表示.尖晶石亦具有优良的深度氧化催化活性,如对CO的催化燃烧起燃点落在低温区(80"C),对烃类.亦在低温区可实现完全氧化其中研究最为活跃的CuMn2O4尖晶石,对芳烃的活性尤为出色,如使甲苯完全燃烧只需260°C, 实现低温催化燃烧,具有特别实际意义。

3.3 催化剂负载方式

催化剂活性组分可通过下列方式沉积在载体上: (1) 电沉积在缠绕或压制的金属载体上; (2)沉积在颗粒状陶瓷材料上; (3)沉积在蜂窝结构的陶瓷材料上。金属载体催化剂一般是将金属制成丝网或带状,然后将活性组分沉积在其上。金属载体催化剂的优点是导热性能好、机械强度高,缺点是比表面积较小。陶瓷载体结构有颗粒状及蜂窝状两大类,陶瓷材料通常为硅-铝氧化物。颗粒状载体的优点是比表面积大,缺点是压降大以及因载体间相互摩擦,造成活性组分磨耗损失。蜂窝载体是比较理想的载体型式,具有很高的比表面,压力降较片粒柱状低,机械强度大,耐磨、耐热冲击。

三、有机废气催化燃烧技术进展.

 

有机废气是石油化工、轻工、塑料、印刷、涂料等行业排放的常见污染物,有机废气中常含有烃类化合物(芳烃、烷烃、烯烃)、含氧有机化合物(醇、酮、有机酸等)、含氮、硫、卤素及含磷有机化合物等。如对这些废气不加处理,直接排入大气将会对环境造成严重污染,危害人体健康。传统的有机废气净化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃烧法等,这些方法常有易产生二次污染、能耗大、易受有机废气浓度和温度限制等缺点。而新兴的催化燃烧技术已由实验阶段走向工程实践,并逐渐应用于石油化工、农药、印刷、涂料、电线加工等行业。

3.1.2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,即它适用于浓度范围广、成分复杂的各种有机废气处理。对于有机化工、涂料、绝缘材料等行业排放的低浓度、多成分,又没有回收价值的废气,采用吸附催化燃烧法的处理效果更好。

3.1.3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,最终产物为无害的CO2H2O (杂原子有机化合物还有其他燃烧产物),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。

3.2催化燃烧的经济性

影响催化燃烧法经济效益的主要因素有:催化剂性能和成本;废气处理中的有机物浓度;热量回收效率;经营管理和操作水平。催化燃烧虽然不能回收有用的产品,但可以回收利用催化燃烧的反应热,节省能源,降低处理成本,在经济上是合理可行的。

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