VOCs廢氣處理催化燃燒設備技術

 

一、催化燃燒的原理

 

在催化劑的幫助下，有機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，反應速度快，節能。在催化燃燒過程中，催化劑可以降低VOCs與氧分子反應的活化能，改變反應路徑。

 

(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，***終產物主要是CO2和H2O。由于催化燃燒的溫度低，氮氧化物的產生******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)應用范圍廣，催化燃燒可以處理幾乎所有的烴類有機廢氣和惡臭氣體，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濟合理的。

 

二、催化燃燒催化劑的活性組分

 

工業催化劑由活性組分、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和燒結，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、尖晶石型和復合氧化物催化劑，價格相對較低，也表現出******的催化性能。例如，鈣鈦礦型催化劑在高溫下具有******的熱穩定性，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

 

一般認為是由于結構或電子的相互作用補充譚明霞等。:VOC催化燃燒技術385調制，復合氧化物的活性高于對應的單一氧化物。主要有以下兩類。

 

(1)鈣鈦礦型復合氧化物

 

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

 

(2)尖晶石型復合氧化物

 

尖晶石作為一種重要的復合氧化物結構類型，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(約80℃)，碳氫化合物可以在低溫區完全氧化。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℃就可以實現低溫催化燃燒，具有***殊的現實意義。

 

2.4過渡金屬氫化物催化劑

 

作為替代貴金屬的催化劑，使用具有強氧化性的過渡金屬氧化物。碳氫化合物和一氧化碳也有較高的活性，同時降低了催化劑的成本，如MnOx、CoOx和CuOx。***連理工***學研制的含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。金屬負載催化劑具有導熱性***、機械強度高的***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，機械強度、耐磨性和抗熱震性較***。

 

3.2負載模式

 

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)沉積在蜂窩結構的陶瓷材料上。

 

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)催化反應的抑制

 

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

 

(3)沉積覆蓋活動中心

 

不飽和化合物的存在導致積碳。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，導致催化劑活性下降。

 

4.2預防措施

 

為防止催化劑活性衰減，可采取以下相應措施:

 

(1)根據操作規程，正確控制反應條件。

 

(2)當催化劑表面燒焦時，通過吹入新鮮空氣燒掉燒焦的表面來提高燃燒溫度。

 

(3)廢氣預處理，去除毒物，防止催化劑中毒。

 

(4)改進催化劑的制備工藝，提高催化劑的耐熱性和耐毒性。

 

五、催化燃燒工藝流程

 

根據廢氣的預熱方式和富集方式，催化燃燒過程可分為三種類型。

 

(1)預熱型

 

預熱是催化燃燒的基本流動形式。有機廢氣溫度在100℃以下，濃度低，熱量不能自給，需要在預熱室加熱后才能進入反應器。燃燒凈化后的氣體在熱交換器中與未處理的廢氣進行熱交換，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所需的起燃溫度。

 

(2)自熱平衡公式

 

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

 

(3)吸附-催化燃燒

 

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

 

有機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，即有機組分的性質和催化劑活性。

 

(3)熱回收率等。當回收的熱量超過預熱所需的熱量時，無需外部補充熱源即可實現自身熱平衡運行，經濟實惠。