催化燃燒技術(shù)凈化有機廢氣

 

有機廢氣通常含有揮發(fā)性有機化合物(VOCs)。2013年，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《揮發(fā)性有機化合物(VOCs)防治技術(shù)政策》指出，VOCs污染防治應(yīng)遵循源頭控制、過程控制與末端治理相結(jié)合的綜合防治原則。要求到2020年，基本實現(xiàn)從原料到產(chǎn)品、從生產(chǎn)到消費全過程的VOCs減排。在有機廢氣的末端處理過程中，催化燃燒技術(shù)適用于處理***流量、低濃度的有機廢氣，符合當(dāng)今社會倡導(dǎo)的高效、低耗、節(jié)能、環(huán)保的理念。

 

1、催化燃燒法的應(yīng)用***點

 

催化燃燒技術(shù)(AOGC)是一種典型的氣固催化反應(yīng)，其本質(zhì)是用活性氧深度氧化有機物。這種有機物的氧化發(fā)生在固體催化劑表面，使有機分子富集，反應(yīng)速率提高。在催化劑的幫助下，反應(yīng)活化能降低，使其在較低的起燃溫度下無焰燃燒，產(chǎn)生CO 2、N 2和H 2 O，釋放***量熱量。與傳統(tǒng)的火焰燃燒相比，催化燃燒具有以下***點。

 

(1)無火焰燃燒，安全性***，凈化率***于95%。

 

(2)對可燃組分濃度和熱值限制少，起燃溫度低，能耗少，運行成本低。

 

(3)適用于較寬的氧濃度范圍，便于操作和管理燃燒緩解。

 

(4)低起燃溫度極***地抑制了高溫空氣中燃燒N2形成熱NO _ x。同時，選擇性催化限制了燃料中含氮化合物(RNH)的氧化過程，使***部分形成氮(N 2)，從而減少二次污染。

 

(5)催化燃燒可以處理幾乎所有成分復(fù)雜的有機廢氣，如烴類和惡臭氣體，應(yīng)用范圍很廣。對有機化工、涂料、***緣材料等行業(yè)排放的低濃度、多組分、無回收價值的有機廢氣有很***的處理效果。

 

缺點是工藝條件嚴(yán)格，廢氣中不應(yīng)含有影響其使用壽命和凈化效率的催化劑毒物或塵粒霧滴。因此，有機廢氣必須采用催化燃燒技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理。其次，為了防止催化劑中毒，不適合處理燃燒過程中產(chǎn)生的***量硫氧化物和氮氧化物。

 

2、催化劑的組成和活性

 

2.1催化劑和載體

 

催化劑通常由活性組分、助劑和載體等組成。催化反應(yīng)的活性組分負(fù)載在比表面積較***的載體上。在催化反應(yīng)中，載體不僅可以負(fù)載和分散活性組分，還可以提高催化劑的穩(wěn)定性、選擇性和活性。因此，催化劑的活性不僅取決于催化劑活性組分的分布，還取決于載體的粒徑和化學(xué)狀態(tài)，即催化劑載體對催化效果和壽命有很***影響。催化劑的活性組分可分為貴金屬和非貴金屬氧化物:貴金屬鉑和鈀是低溫催化燃燒***常用的催化劑，具有催化活性高、抗毒性***的***點，缺點是活性組分容易揮發(fā)和燒結(jié)，價格昂貴；非貴金屬催化劑主要包括銅、錳、鉻等過渡金屬的氧化物和鈣鈦礦型復(fù)合氧化物催化劑，價格相對較低，高溫和熱穩(wěn)定性***，但缺點是催化活性相對較低，起燃溫度要求高。

 

2.2催化劑中毒主要有三種類型及催化劑中毒的防治。

 

(1)催化劑完全中毒。毒物與催化劑的活性中心形成一種結(jié)合力強的物質(zhì)，一般方法無法去除或根本無法去除。

 

(2)催化反應(yīng)的抑制。

 

鹵素和硫的化合物容易與活性中心結(jié)合，這種作用是可逆的。

 

(3)沉積覆蓋活動中心。燃燒產(chǎn)生的積碳、陶瓷粉塵等顆粒物堵塞活性中心，影響催化劑的吸附能力，降低其活性。

 

減少催化劑活性衰減的措施有:(1)根據(jù)操作程序準(zhǔn)確控制反應(yīng)條件；廢氣預(yù)處理，防止催化劑中毒；當(dāng)碳沉積在催化劑表面時，吹入過量的空氣，提高燃燒溫度，除去沉積在表面的碳；改進(jìn)催化劑制備工藝，提高催化劑的耐熱性和抗中毒能力。

 

3、催化燃燒過程

 

根據(jù)廢氣的預(yù)熱方式和富集方式，催化燃燒過程可分為預(yù)熱方式、自然熱平衡和吸附-催化燃燒三種。

 

3.1預(yù)熱類型

 

當(dāng)有機廢氣的溫度和濃度較低時，需要在進(jìn)入反應(yīng)器前在預(yù)熱室加熱，燃燒凈化后的氣體在換熱器中與未處理的廢氣進(jìn)行熱交換，回收部分熱量。

 

3.2自熱平衡公式

 

當(dāng)有機廢氣溫度高于起燃溫度且有機物含量較高時，換熱器回收部分熱量，無需補充熱量即可維持正常運行下的熱平衡。

 

3.3吸附-催化燃燒

 

當(dāng)有機廢氣氣體流量***、濃度低、溫度低，催化燃燒需要消耗***量燃料時，可以通過吸附手段將有機廢氣吸附在吸附劑上進(jìn)行濃縮，然后用熱空氣將有機廢氣脫附，成為濃縮的高濃度有機廢氣，再進(jìn)行催化燃燒。有機廢氣中反應(yīng)物***先擴散并吸附到催化劑表面；被吸附的反應(yīng)物和氧氣通過催化劑表面的化學(xué)鍵重新結(jié)合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；***后，產(chǎn)物從催化劑表面脫附，離開催化劑表面并擴散到周圍介質(zhì)中。濃縮有機廢氣實現(xiàn)自身熱平衡運行時，無需外部補充熱源。

 

4、有機廢氣催化燃燒技術(shù)進(jìn)展

 

4.1催化燃燒在汽車尾氣凈化中的應(yīng)用

 

汽車尾氣的催化凈化是通過安裝在汽車后部的催化轉(zhuǎn)化器，將排氣管中的CO、CH、NO _ x轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2。這種催化劑是一種三效催化劑。為防止催化劑中毒，必須使用低硫和低鉛含量的燃油。在存在***量過量氧氣的情況下，開發(fā)具有原位NO _ x還原能力的催化劑，可以為汽車發(fā)動機節(jié)約25%的燃料。隨著新材料的應(yīng)用和低硫汽油的普及，催化燃燒技術(shù)具有廣闊的市場前景。

 

4.2催化燃燒在處理有機氣體中的應(yīng)用

 

催化燃燒技術(shù)用于處理240℃-260℃和8000r的二惡英氣體？在h-1轉(zhuǎn)速下，二惡英去除率達(dá)到99%，二惡英濃度可降至0.1ng/m 3以下。廢氣中的二惡英前體如多氯二苯并呋喃基本完全分解，氮氧化物經(jīng)過選擇性催化還原反應(yīng)生成無害的氮。

 

4.3催化燃燒在工業(yè)有機廢氣處理中的應(yīng)用

 

有機揮發(fā)性化合物的使用和排放涉及石油化工、油漆、涂料、輪胎制造等工業(yè)生產(chǎn)過程。如果這些揮發(fā)性有機化合物(VOCs)未經(jīng)處理直接排放到***氣中，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。催化燃燒凈化技術(shù)通過在催化劑表面深度氧化，將有機分子轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水。催化燃燒技術(shù)已經(jīng)從實驗轉(zhuǎn)向工程實踐，并逐漸應(yīng)用于石油化工、農(nóng)藥、印刷、涂料等行業(yè)的有機廢氣凈化。