廢氣治理技術(shù)之催化燃燒法

 

催化燃燒法關(guān)于廢氣治理而言，可以讓燃燒物在較低的溫度下燃燒，關(guān)于改善燃燒過程以及下降反應(yīng)溫度、促進(jìn)燃燒物徹底燃燒然后實(shí)現(xiàn)按捺有毒有害物質(zhì)的構(gòu)成等各個(gè)方面都有十分重要的效果，是一個(gè)環(huán)境友***的過程，催化燃燒法使用***域不斷發(fā)展，已現(xiàn)已廣泛地使用在工業(yè)廢氣治理諸多方面。

 

催化燃燒法是憑借催化劑在低溫下(200～400℃)下，實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的徹底氧化，因此，能耗少，操作簡(jiǎn)便，安全，凈化效率高，在有機(jī)廢氣***別是收回價(jià)值不***的有機(jī)廢氣凈化方面，比方化工，噴漆、***緣資料、漆包線、涂料生產(chǎn)等職業(yè)使用較廣，已有不少定型設(shè)備可供選用。    

 

一、催化原理及設(shè)備組成   

 

(1)催化劑界說：催化劑是一種能進(jìn)步化學(xué)反應(yīng)速率，操控反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后自身的化學(xué)性質(zhì)不產(chǎn)生改動(dòng)的物質(zhì)。

 

(2) 催化效果機(jī)理：催化效果的機(jī)理是一個(gè)很雜亂的問題，這里僅做簡(jiǎn)介。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑的參加并不能改動(dòng)原有的化學(xué)平衡，所改動(dòng)的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑自身的性質(zhì)并不產(chǎn)生變化。

 

那么，催化劑是怎樣加快了反應(yīng)速度呢了已然反應(yīng)前后催化劑不產(chǎn)生變化，那么催化劑究竟參加了反應(yīng)沒有?實(shí)際上，催化劑自身參加了反應(yīng)，正是因?yàn)樗膮⒓?，使反?yīng)改動(dòng)了原有的途徑，使反應(yīng)的活化能下降，然后加快了反應(yīng)速度。

 

例如反應(yīng)A+B→C是經(jīng)過中心活性結(jié)合物(AB)過渡而成的，即： A+B→[AB]→C  其反應(yīng)速度較慢。當(dāng)參加催化劑K后，反應(yīng)從一條很容易進(jìn)行的途徑實(shí)現(xiàn)： A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→C+2K      

 

中心不再需求[AB]向C的過渡，然后加快了反應(yīng)速度，而催化劑并未改動(dòng)性質(zhì)。      

 

(3) 催化燃燒法的工藝組成：不同的排放場(chǎng)合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不管采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。

 

①?gòu)U氣預(yù)處理：為了避免催化劑床層的阻塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前有必要進(jìn)行預(yù)處理，以除掉廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。 

 

②預(yù)熱設(shè)備：預(yù)熱設(shè)備包括廢氣預(yù)熱設(shè)備和催化劑燃燒器預(yù)熱設(shè)備。

 

因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋€(gè)催化活性溫度，對(duì)催化燃燒法來說稱催化劑起燃溫度，有必要使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，有必要設(shè)置預(yù)熱設(shè)備。但關(guān)于排出的廢氣自身溫度就較高的場(chǎng)合，如漆包線、***緣資料、烤漆等烘干排氣，溫度可達(dá)300℃以上，則不用設(shè)置預(yù)熱設(shè)備。  

 

預(yù)熱設(shè)備加熱后的熱氣可選用換熱器和床層內(nèi)布管的辦法。

 

預(yù)熱器的熱源可選用煙道氣或電加熱，現(xiàn)在選用電加熱較多。當(dāng)催化反應(yīng)開始后，可盡量以收回的反應(yīng)熱來預(yù)熱廢氣。

 

在反應(yīng)熱較***的場(chǎng)合，還應(yīng)設(shè)置廢熱收回設(shè)備，以節(jié)約能源。  

 

預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超越催化劑的活性溫度。

 

為維護(hù)催化劑，加熱設(shè)備應(yīng)與催化燃燒設(shè)備堅(jiān)持一定間隔，這樣還能使廢氣溫度分布均勻。 

 

從需求預(yù)熱這一點(diǎn)動(dòng)身，催化燃燒法***適用于接連排氣的凈化，若間歇排氣，不僅每次預(yù)熱需求耗能，反應(yīng)熱也無法收回利用，會(huì)構(gòu)成很***的能源浪費(fèi)，在規(guī)劃和挑選時(shí)應(yīng)留意這一點(diǎn)。 

 

③催化燃燒設(shè)備：一般選用固定床催化反應(yīng)器。反應(yīng)器的規(guī)劃按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，應(yīng)便于操作，維修便利，便于裝卸催化劑。 

 

眾明環(huán)保在進(jìn)行催化燃燒的工藝規(guī)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，關(guān)于處理氣量較***的場(chǎng)合，規(guī)劃成分建式流程，即預(yù)熱器、反應(yīng)器***立裝設(shè)，其間用管道銜接。關(guān)于處理氣量小的場(chǎng)合，可選用催化燃燒爐，把預(yù)熱與反應(yīng)組合在一起，但要留意預(yù)熱段與反應(yīng)段間的間隔。

 

在有機(jī)物廢氣的催化燃燒中，所要處理的有機(jī)物廢氣在高溫下與空氣混合易引起爆炸，安全問題十分重要。

 

因此，一方面有必要操控有機(jī)物與空氣的混合比，使之在爆炸下限；另一方面，催化燃燒體系應(yīng)設(shè)監(jiān)測(cè)報(bào)警設(shè)備和有防爆措施。     

 

二、催化燃燒法用催化劑      

 

因?yàn)橛袡C(jī)物催化燃燒法的催化劑分為貴金屬(以鉑、鈀為主)和賤金屬催化劑。

 

貴金屬為活性組分的催化劑分為全金屬催化劑和以氧化鋁為載體的催化劑。

 

全金屬催化劑是以鎳或鎳鉻合金為載體，將載體做成帶、片、丸、絲等形狀，選用化學(xué)鍍或電鍍的辦法，將鉑、鈀等貴金屬堆積其上，然后做成便于裝卸的催化劑構(gòu)件。

 

由氧化鋁作載體的貴金屬催化劑，一般是以陶瓷結(jié)構(gòu)作為支架，在陶瓷結(jié)構(gòu)上涂覆一層僅有0．13mm的α-氧化鋁薄層，而活性組分鉑、鈀就以微晶狀況堆積或分散在多孔的氧化鋁薄層中。     

 

 但因?yàn)橘F金屬催化劑價(jià)格昂貴，資源少，多年來人們***別重視新式的、價(jià)格較為便宜的催化劑的開發(fā)研討，我***是世界上稀土資源***多的***家，我***的科技工作者研討開發(fā)了不少稀土催化劑，有些功能也較***。    

 

三、催化劑中毒與老化 在催化劑使用過程中，因?yàn)轶w系中存在少數(shù)雜質(zhì)，可使催化劑的活性和挑選性減小或許消失，這種現(xiàn)象叫催化劑中毒。

 

這些能使催化劑中毒的物質(zhì)稱之為催化劑毒物，這些毒物在反應(yīng)過程中或強(qiáng)吸附在活性中心上，或與活性中心起化學(xué)效果而變?yōu)閯e的物質(zhì)，使活性中心失活。     

 

毒物通常是反應(yīng)原猜中帶來的雜質(zhì)，或許是催化劑自身的某些雜質(zhì)，另外，反應(yīng)產(chǎn)品或副產(chǎn)品自身也或許對(duì)催化劑毒化，一般所指的是硫化物如H2S、硫氧化碳、RSH等及含氧化合物如H2O、CO2、O2以及含磷、砷、鹵素化合物、重金屬化合物等。      

 

毒物不單單是對(duì)催化劑來說的，并且還針對(duì)這個(gè)催化劑所催化的反應(yīng)，也就是說，對(duì)某一催化劑，只有聯(lián)絡(luò)到它所催化的反應(yīng)時(shí)，才干清楚什么物質(zhì)是毒物。

 

即便同一種催化劑，一種物質(zhì)或許毒化某一反應(yīng)而不影響另一反應(yīng)。      

 

按毒物與催化劑表面效果的程度可分為暫時(shí)性中毒和***性中毒。暫時(shí)性中毒亦稱可逆中毒，催化劑表面所吸附的毒物可用解吸的辦法驅(qū)逐，使催化劑康復(fù)活性，然而這種可再生性一般也不能使催化劑康復(fù)到中毒前的水平。

 

***性中毒稱不可逆中毒，這時(shí)，毒物與催化劑活性中心生成了結(jié)合力很強(qiáng)的物質(zhì)，不能用一般辦法將它去除或根本無法去除。    

 

催化劑的老化***要是因?yàn)闊岱€(wěn)定性與機(jī)械穩(wěn)定性決定的，例如低熔點(diǎn)活性組分的流失或升華，會(huì)******下降催化劑的活性。催化劑的工作溫度對(duì)催化劑的老化影響很***，溫度挑選和操控欠***，會(huì)使催化劑半熔或燒結(jié)，然后導(dǎo)致催化劑表面積的下降而下降活性。

 

另外，內(nèi)部雜質(zhì)向表面的搬遷，冷熱應(yīng)力交替所構(gòu)成的機(jī)械性粉末被氣流帶走。所有這些，都會(huì)加快催化劑的老化，而其中******要的是溫度的影響，工作溫度越高，老化速度越快。

 

因此，在催化劑的活性溫度規(guī)模內(nèi)挑選適宜的反應(yīng)溫度將有助于延長(zhǎng)催化劑的壽命?？墒?，過低的反應(yīng)溫度也是不可取的，會(huì)下降反應(yīng)速率。 

 

為了進(jìn)步催化劑的熱穩(wěn)定性，常常挑選適宜的耐高溫的載體來進(jìn)步活性組分的分散度，可避免其顆粒變***而燒結(jié)，例如以純銅作催化劑時(shí)，在200℃即失去活性，但假如選用共堆積法將Cu載于Cr2O3載體上，就能在較高的溫度下堅(jiān)持其活性。    

 

催化燃燒法是憑借催化劑使有機(jī)物廢氣在較低的起燃溫度條件下進(jìn)行無焰燃燒分解為二氧化碳和水蒸汽,并放出很多熱能,用化學(xué)式表明如下：

 

在催化燃燒中,催化劑的效果是: 進(jìn)步反應(yīng)速率;下降反應(yīng)溫度;削減反應(yīng)器的體積。

 

現(xiàn)在用于催化燃燒的催化劑除鉑、鈀類貴金屬外,非金屬催化劑的研發(fā)與使用也日益廣泛。關(guān)于碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?催化劑的活性次序?yàn)椋?ensp; Pd > Pt > CO3O4 > PdO > CrO3 > Mn2O3 > CuO > CeO2 > Fe2O3 > V2O5 > NiO > Mo2O3 > TiO2  在催化劑的功能指標(biāo)中,空間速度Vs表明催化設(shè)備處理

 

催化燃燒法***要流程：   

 

有機(jī)廢氣的濃度有必要操控在相應(yīng)有機(jī)物爆炸極限的25%以下,當(dāng)有機(jī)廢氣濃度有或許超越此值時(shí),應(yīng)設(shè)備野風(fēng)閥將其沖淡到安全值。

 

因此在規(guī)劃中應(yīng)選用靈敏牢靠的溫度、濃度測(cè)定設(shè)備,以隨時(shí)進(jìn)行人工或主動(dòng)調(diào)理。    

 

為避免有機(jī)廢氣在催化劑床層上燃燒時(shí)的火焰蔓延,應(yīng)在有機(jī)廢氣進(jìn)入凈 化設(shè)備前設(shè)備阻火器。現(xiàn)在較多選用干式阻火器,阻火資料通常為玻璃球、礫石、多孔金屬板、金屬絲網(wǎng)等。 

 

(1) 催化燃燒凈化設(shè)備燃燒前,有必要用空氣將風(fēng)道、燃燒室等吹掃潔凈,以消除或許聚集在這些部位的可燃?xì)怏w,避免燃燒時(shí)產(chǎn)生起火或爆炸。 

 

(2) 設(shè)備中或許積存有油污、凝液等可燃物質(zhì),它們?cè)谠O(shè)備開始工作加熱時(shí)會(huì)汽化成為可燃、可爆的氣體,然后有或許導(dǎo)致爆炸。因此在燃燒前應(yīng)將這些物質(zhì)清除潔凈。  

 

(3) 燃燒時(shí)應(yīng)以火等氣,不能以氣等火。   

 

有機(jī)物RH在催化劑效果下完結(jié)氧化，一般需經(jīng)過以下過程： 

 

1. 反應(yīng)物分子由氣相分散到催化劑表面； 

 

2. 經(jīng)過細(xì)孔由外表面向內(nèi)表面分散； 

 

3. 克信服固界面膜的阻力被催化劑表面的活性部位吸附(至少吸附一種反應(yīng)物)； 

 

4. 被活化的吸附物與另一種活化的吸附物、或物理吸附物、或直接來自氣相之間的反應(yīng) 物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)； 

 

5. 反應(yīng)物從催化劑表面脫附 

 

6. 脫附物經(jīng)過細(xì)孔想催化劑表面分散； 

 

7. 有外表面向氣相分散。  ***都工業(yè)氣相反應(yīng)總速度都受催化劑內(nèi)分散或催化劑與流體之間的傳熱速度所操控。

 

催化燃燒是典型的氣—固相催化反應(yīng)，它憑借催化劑下降了反應(yīng)的活化能，使其在較低的起燃溫度200～ 300℃下進(jìn)行無焰燃燒，有機(jī)物質(zhì)氧化產(chǎn)生在固體催化劑表面，一起產(chǎn)生CO2和H2O，并放出很多的熱量，因其氧化反應(yīng)溫度低，所以******地按捺了空氣中的N2構(gòu)成高溫NOx。

 

并且因?yàn)榇呋瘎┯刑暨x性催化效果，有或許約束燃猜中含氮化合物(RNH)的氧化過程，使其***都構(gòu)成分子氮(N2)。

 

與傳統(tǒng)的火焰燃燒比較,催化燃燒有著很***的***勢(shì):

 

(1)起燃溫度低，能耗少，燃燒易達(dá)穩(wěn)定，甚至到起燃溫度后無需外界傳熱就能完結(jié)氧化反應(yīng)。

 

(2)凈化效率高，污染物(如NOx及不徹底燃燒產(chǎn)品等)的排放水平較低。

 

(3)適應(yīng)氧濃度規(guī)模***，噪音小，無二次污染，且燃燒平緩，工作費(fèi)用低，操作辦理也很便利。