VOCs廢氣處理催化燃燒設(shè)備技術(shù)

 

一、催化燃燒的原理

 

在催化劑的幫助下，有機(jī)廢氣可以在低起燃溫度下無焰燃燒，氧化分解為CO2和H2O，同時可以釋放***量的熱量。

 

(1)起燃溫度低，反應(yīng)速度快，節(jié)能。在催化燃燒過程中，催化劑可以降低VOCs與氧分子反應(yīng)的活化能，改變反應(yīng)路徑。

 

(2)處理效率高，二次污染物和溫室氣體排放量小。催化燃燒處理的VOC廢氣凈化率通常在95%以上，***終產(chǎn)物主要是CO2和H2O。由于催化燃燒的溫度低，氮氧化物的產(chǎn)生******減少。輔助燃料消耗排放的CO2量占總CO2排放量的比例較***，輔助能源消耗減少，明顯減少了溫室氣體CO2的排放。

 

(3)應(yīng)用范圍廣，催化燃燒可以處理幾乎所有的烴類有機(jī)廢氣和惡臭氣體，適合處理的VOCs濃度范圍廣。對于低濃度、***流量、多組分、無回收價值的VOC廢氣，采用催化燃燒法處理是經(jīng)濟(jì)合理的。

 

二、催化燃燒催化劑的活性組分

 

工業(yè)催化劑由活性組分、助劑和載體組成，其中活性組分及其分布、粒徑和催化劑載體對催化效果和使用壽命有很***影響。催化燃燒VOCs的催化劑的活性成分可分為貴金屬氧化物和非貴金屬氧化物。

 

貴金屬是低溫催化燃燒常用的催化劑。它的***點是活性高，抗硫性***，缺點是活性成分易揮發(fā)和燒結(jié)，易氯中毒，價格高，資源短缺。

 

2.1貴金屬催化劑

 

鉑、鈀、釕等貴金屬對烴類及其衍生物的氧化具有較高的催化活性，且使用壽命長、適用范圍廣、易于回收，是常用的廢氣燃燒催化劑。比如***內(nèi)較早采用的Pt-AI: O，催化劑就屬于這類催化劑。然而，由于其資源稀缺、價格昂貴、抗毒性差，人們一直在努力尋找替代品，并將消費降至***。

 

2.2非貴金屬氧化物催化劑

 

非貴金屬氧化物催化劑主要包括鈣鈦礦型、尖晶石型和復(fù)合氧化物催化劑，價格相對較低，也表現(xiàn)出******的催化性能。例如，鈣鈦礦型催化劑在高溫下具有******的熱穩(wěn)定性，尖晶石型催化劑具有***異的低溫活性，但其缺點是催化活性相對較低，起燃溫度較高。

 

2.3雙氧化物催化劑

 

一般認(rèn)為是由于結(jié)構(gòu)或電子的相互作用補(bǔ)充譚明霞等。:VOC催化燃燒技術(shù)385調(diào)制，復(fù)合氧化物的活性高于對應(yīng)的單一氧化物。主要有以下兩類。

 

(1)鈣鈦礦型復(fù)合氧化物

 

在一定條件下，稀土和過渡金屬氧化物可以形成通式為ABO的天然鈣鈦礦型復(fù)合氧化物，其活性明顯***于相應(yīng)的單一氧化物。a為四面體結(jié)構(gòu)，B為八面體結(jié)構(gòu)；a和B形成交替的三維結(jié)構(gòu)，容易置換產(chǎn)生晶格缺陷，即催化活性中心，表面晶格氧提供高度活性的氧化中心，從而實現(xiàn)深度氧化反應(yīng)。常見的有BaCuO:，LaMnO3等等。

 

(2)尖晶石型復(fù)合氧化物

 

尖晶石作為一種重要的復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)類型，以AB2X4表示，對深度氧化也具有***異的催化活性。如果一氧化碳催化燃燒的燃點落在低溫區(qū)(約80℃)，碳?xì)浠衔锟梢栽诘蜏貐^(qū)完全氧化。其中研究了比較活躍的cumn: o。尖晶石對芳烴有很***的活性。如果c，h .完全燃燒只需要260℃就可以實現(xiàn)低溫催化燃燒，具有***殊的現(xiàn)實意義。

 

2.4過渡金屬氫化物催化劑

 

作為替代貴金屬的催化劑，使用具有強(qiáng)氧化性的過渡金屬氧化物。碳?xì)浠衔锖鸵谎趸家灿休^高的活性，同時降低了催化劑的成本，如MnOx、CoOx和CuOx。***連理工***學(xué)研制的含MnO:催化劑在一定條件下能消除CH和OH蒸氣。o、C3H60、C6H .蒸汽去除也是有效的。

 

三、催化劑載體和模式

 

3.1載體

 

VOC凈化催化劑的載體主要有兩種:一種是球形或片狀；另一種是整體多孔蜂窩。金屬負(fù)載催化劑具有導(dǎo)熱性***、機(jī)械強(qiáng)度高的***點，但缺點是比表面積小。顆粒載體的***點是比表面積***，缺點是載體之間相互摩擦，導(dǎo)致壓降***，活性組分磨損。蜂窩陶瓷載體是一種理想的載體類型，比表面積高，比球粒柱壓降低，機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和抗熱震性較***。

 

3.2負(fù)載模式

 

催化劑的活性組分可以通過以下方式沉積在載體上:(1)電沉積在卷繞或壓制的金屬載體上；(2)沉積在粒狀陶瓷材料上；(3)沉積在蜂窩結(jié)構(gòu)的陶瓷材料上。

 

四、催化劑失活

 

4.1停用

 

隨著時間的延長，催化劑的活性會逐漸降低，直至失活。催化劑失活有三種主要類型。

 

(1)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的毒物。速效毒物主要包括磷和砷，緩效毒物包括鉛和鋅。通常，催化劑失活是由于毒物和活性組分結(jié)合或熔化成合金。對于速效毒物，即使少量也能迅速使催化劑失活。

 

(2)催化反應(yīng)的抑制

 

鹵素和硫的化合物很容易與活性中心結(jié)合，但這種結(jié)合是相對松散的、可逆的和暫時的。當(dāng)廢氣中的這些物質(zhì)被去除時，催化劑活性可以恢復(fù)。

 

(3)沉積覆蓋活動中心

 

不飽和化合物的存在導(dǎo)致積碳。此外，陶瓷粉塵、氧化鐵化合物等顆粒物堵塞活性中心，影響催化劑的吸附和脫附能力，導(dǎo)致催化劑活性下降。

 

4.2預(yù)防措施

 

為防止催化劑活性衰減，可采取以下相應(yīng)措施:

 

(1)根據(jù)操作規(guī)程，正確控制反應(yīng)條件。

 

(2)當(dāng)催化劑表面燒焦時，通過吹入新鮮空氣燒掉燒焦的表面來提高燃燒溫度。

 

(3)廢氣預(yù)處理，去除毒物，防止催化劑中毒。

 

(4)改進(jìn)催化劑的制備工藝，提高催化劑的耐熱性和耐毒性。

 

五、催化燃燒工藝流程

 

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三種類型。

 

(1)預(yù)熱型

 

預(yù)熱是催化燃燒的基本流動形式。有機(jī)廢氣溫度在100℃以下，濃度低，熱量不能自給，需要在預(yù)熱室加熱后才能進(jìn)入反應(yīng)器。燃燒凈化后的氣體在熱交換器中與未處理的廢氣進(jìn)行熱交換，回收部分熱量。該過程通常使用煤氣或電加熱將溫度升高到催化反應(yīng)所需的起燃溫度。

 

(2)自熱平衡公式

 

有機(jī)廢氣排放時，溫度高于起燃溫度(約300℃)，有機(jī)物含量較高。熱交換器回收凈化氣體產(chǎn)生的部分熱量，可以在正常運(yùn)行下保持熱平衡，無需補(bǔ)充熱量。催化燃燒反應(yīng)器點火一般只需安裝電加熱器。

 

(3)吸附-催化燃燒

 

當(dāng)有機(jī)廢氣流量***、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(jī)廢氣吸附在吸附劑上進(jìn)行濃縮，然后通過熱空氣吹掃將有機(jī)廢氣脫附成高濃度有機(jī)廢氣(可濃縮10倍以上)，再進(jìn)行催化燃燒。此時，無需補(bǔ)充熱源即可維持正常運(yùn)行。

 

有機(jī)廢氣催化燃燒工藝的選擇主要取決于:

 

(1)燃燒過程中釋放的熱量，即廢氣中可燃物的類型和濃度。

 

(2)起燃溫度，即有機(jī)組分的性質(zhì)和催化劑活性。

 

(3)熱回收率等。當(dāng)回收的熱量超過預(yù)熱所需的熱量時，無需外部補(bǔ)充熱源即可實現(xiàn)自身熱平衡運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)實惠。