任道環(huán)保對VOCs廢氣處理催化燃燒設(shè)備技術(shù)的介紹

一、催化燃燒原理

　　借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發(fā)生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱。

　?。?）起燃溫度低，反應(yīng)速率快，節(jié)省能源。催化燃燒過程中，催化劑起到降低VOCs分子與氧分子反應(yīng)的活化能，改變反應(yīng)途徑的作用。

　?。?）處理效率高，二次污染物和溫室氣體排放量少。采用催化燃燒處理VOC廢氣的凈化率通常在95%以上，終產(chǎn)物主要為CO2和H2O。由于催化燃燒溫度低，大量減少NOx的生成。輔助燃料消耗排放的CO2量在總CO2排放量中占很大比例，輔助能源消耗量減少，顯然減少了溫室氣體CO2排放量。

　?。?）適用范圍廣,催化燃燒幾乎可以處理所有的烴類有機廢氣及惡臭氣體，適合處理的VOCs濃度范圍廣。對于低濃度、大流量、多組分而無回收價值的VOC廢氣，采用催化燃燒法處理是比較經(jīng)濟合理的。

　　二、催化燃燒催化劑活性組分

　　工業(yè)上的催化劑都是由活性成分、助劑和載體等組成，其中活性組分及其分布、顆粒大小、催化劑載體對催化效果和壽命有很大的影響。用于催化燃燒VOCs的催化劑的活性成分可分為貴金屬、非貴金屬氧化物。

　　貴金屬是低溫催化燃燒較為常用的催化劑，其優(yōu)點是具有較高的活性、良好的抗硫性，缺點是活性組分容易揮發(fā)和燒結(jié)，容易引起氯中毒、價格昂貴，資源短缺。

　　2.1貴金屬催化劑

　　Pt、Pd、Ru等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用壽命長、適用范圍廣、易于回收，因而是較為常用的廢氣燃燒催化劑。如我國早期采用的Pt—AI：O，催化劑就屬于此類催化劑。但由于其資源稀少、價格昂貴、耐中毒性差，因此，人們一直在努力尋找替代品，盡量減少其用量。

　　2.2非貴金屬氧化物催化劑

　　非貴金屬氧化物催化劑主要有鈣鈦礦型、尖晶石型以及復(fù)合氧化物催化劑等，價格相對較低，也表現(xiàn)出很好的催化性能，如鈣鈦礦型催化劑高溫熱穩(wěn)定性較好，尖晶石型催化劑具有優(yōu)良的低溫活性，但其不足之處在于催化活性相對較低，起燃溫度較高。

　　2.3復(fù)氧化物催化劑

　　一般認為，復(fù)氧化物之間由于存在結(jié)構(gòu)或電子增刊譚明俠等：VOC催化燃燒技術(shù)385調(diào)變等相互作用，活性比相應(yīng)的單一氧化物要高。主要有以下兩大類。

　?。?）鈣鈦礦型復(fù)氧化物

　　稀土與過渡金屬氧化物在一定條件下可以形成具有天然鈣鈦礦型的復(fù)合氧化物，通式為ABO，其活性明顯優(yōu)于相應(yīng)的單一氧化物。A為四面體型結(jié)構(gòu)，B為八面體形結(jié)構(gòu)；A和B形成交替立體結(jié)構(gòu)，易于取代而產(chǎn)生晶格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，從而實現(xiàn)深度氧化反應(yīng)。常見的有BaCuO：、LaMnO3等。

　?。?）尖晶石型復(fù)氧化物

　　作為復(fù)氧化物重要的一種結(jié)構(gòu)類型，以AB2X4表示，尖晶石亦具有優(yōu)良的深度氧化催化活性。如對CO的催化燃燒起燃點落在低溫區(qū)(約80℃)，對烴類亦在低溫區(qū)可實現(xiàn)完全氧化。其中研究較為活躍的CuMn：O。尖晶石，對芳烴的活性尤為出色。如使C，H。完全燃燒只需260℃，實現(xiàn)低溫催化燃燒，這點具有特別實際意義。

　　2.4過渡金屬氫化物催化劑

　　作為取代貴金屬催化劑，采用氧化性較強的過渡金屬氧化物，對CH。等烴類和CO亦具有較高的活性，同時降低了催化劑的成本，常見的有MnOx、CoOx和CuOx等催化劑。大連理工大學研制的含MnO：催化劑，在一定條件下能消除CH，OH蒸氣，對C：H。O、C3H60、C6H。蒸氣的清除也很有效果。

　　三、催化劑載體以及方式

　　3.1載體

　　VOC凈化催化劑的載體主要有兩類：一類是球狀或片狀；另一類是整體式多孔蜂窩狀。金屬載體催化劑的優(yōu)點是導(dǎo)熱性能好、機械強度高，缺點是比表面積較小。顆粒狀載體的優(yōu)點是比表面積大，缺點是壓降大以及因載體間相互摩擦，造成活性組分磨耗損失。蜂窩陶瓷載體是比較理想的載體型式，它具有很高的比表面，壓力降較片粒柱狀低，機械強度大，耐磨、耐熱沖擊。

　　3.2負載方式

　　催化劑活性組分可通過下列方式沉積在載體上：(1)電沉積在纏繞或壓制的金屬載體上；(2)沉積在顆粒狀陶瓷材料上；(3)沉積在蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷材料上。

　　四、催化劑失活

　　4.1失活

　　催化劑在使用過程中隨著時間的延長，活性會逐漸下降，直至失活。催化劑失活主要有3種類型。

　?。?）催化劑完全失活

　　使催化劑失活的毒物包括快速和慢速作用毒物兩大類?？焖僮饔枚疚镏饕蠵、As等，慢速作用毒物有Pb、Zn等。通常情況下，催化劑失活是由于毒物與活性組分化合或熔成合金。對于快速作用毒物來說，即使只有微量，也能使催化劑迅速失活。

　?。?）抑制催化反應(yīng)

　　鹵素和硫的化合物易與活性中心結(jié)合，但這種結(jié)合是比較松弛、可逆且暫時性的。當廢氣中的這類物質(zhì)被去除后，催化劑活性可以恢復(fù)。

　　（3）沉積覆蓋活性中心

　　不飽和化合物的存在導(dǎo)致碳沉積，此外陶瓷粉塵、鐵氧化合物及其他顆粒物堵塞活性中心，從而影響催化劑的吸附與解吸能力，導(dǎo)致催化劑活性下降。

　　4.2預(yù)防措施

　　預(yù)防催化劑活性衰減，可以采取下列相應(yīng)的措施：

　　（1）按照操作規(guī)程，正確控制反應(yīng)條件。

　?。?）當催化劑表面結(jié)炭時，通過吹人新鮮空氣，提高燃燒溫度，燒去表面結(jié)炭。

　?。?）將廢氣進行預(yù)處理，以除去毒物，防止催化劑中毒。

　?。?）改進催化劑的制備工藝，提高催化劑的耐熱性和抗毒能力。

　　五、催化燃燒工藝流程

　　根據(jù)廢氣預(yù)熱方式及富集方式，催化燃燒工藝流程可分為3種。

　　(1)預(yù)熱式

　　預(yù)熱式是催化燃燒的基本流程形式。有機廢氣溫度在100℃以下，濃度也較低，熱量不能自給，因此在進入反應(yīng)器前需要在預(yù)熱室加熱升溫。燃燒凈化后氣體在熱交換器內(nèi)與未處理廢氣進行熱交換，以回收部分熱量。該工藝通常采用煤氣或電加熱升溫至催化反應(yīng)所需的起燃溫度。

　　（2）自身熱平衡式

　　當有機廢氣排出時溫度高于起燃溫度(在300℃左右)且有機物含量較高，熱交換器回收部分凈化氣體所產(chǎn)生的熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，無需補充熱量，通常只需要在催化燃燒反應(yīng)器中設(shè)置電加熱器供起燃時使用。

　?。?）吸附-催化燃燒

　　當有機廢氣的流量大、濃度低、溫度低，采用催化燃燒需耗大量燃料時，可先采用吸附手段將有機廢氣吸附于吸附劑上進行濃縮，然后通過熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附成為高濃度有機廢氣(可濃縮10倍以上)，再進行催化燃燒。此時，不需要補充熱源，就可維持正常運行引。

　　對于有機廢氣催化燃燒工藝的選擇主要取決于：

　　(1) 燃燒過程的放熱量，即廢氣中可燃物的種類和濃度。

　　(2) 起燃溫度，即有機組分的性質(zhì)及催化劑活性。

　　(3)熱回收率等。當回收熱量超過預(yù)熱所需熱量時，可實現(xiàn)自身熱平衡運轉(zhuǎn)，無需外界補充熱源，這是比較經(jīng)濟的。催化化燃燒的應(yīng)用。

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