VOCs催化燃烧技术介绍

Posted 2023-01-12 催化剂

篇首语：业精于勤，荒于嬉。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了VOCs催化燃烧技术介绍相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、催化燃烧原理
借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧，并氧化分解为CO：和H：0，同时放出大量热。
1)起燃温度低，反应速率快，节省能源。催化燃烧过程中，催化剂起到降低VOCs分子与氧分子反应的活化能，改变反应途径的作用。
2)处理效率高，二次污染物和温室气体排放量少。采用催化燃烧处理VOCs废气净化率通常在95%以上，终产物主要为CO2和H2O。由于催化燃烧温度低，大量减少NOx的生成。辅助燃料消耗排放的CO2量在总CO2排放量中占很大比例，辅助能源消耗量减少，显然减少了温室气体CO2排放量。
3)适用范围广,催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体，适合处理的VOCs浓度范围广。对于低浓度、大流量、多组分而无回收价值的VOCs废气，采用催化燃烧法处理是最经济合理的。

表1催化燃烧与热力燃烧的比较
2、催化燃烧催化剂活性组分
工业上的催化剂都是由活性成分、助剂和载体等组成，其中活性组分及其分布、颗粒大小、催化剂载体对催化效果和寿命有很大的影响。用于催化燃烧VOCs的催化剂的活性成分可分为贵金属、非贵金属氧化物。
贵金属是低温催化燃烧最常用的催化剂，其优点是具有较高的活性、良好的抗硫性，缺点是活性组分容易挥发和烧结，容易引起氯中毒、价格昂贵，资源短缺。
2.1贵金属催化剂
Pt、Pd、Ru等贵金属对烃类及其衍生物的氧化都具有很高的催化活性，且使用寿命长、适用范围广、易于回收，因而是最常用的废气燃烧催化剂。如我国最早采用的Pt—AI：0，催化剂就属于此类催化剂。但由于其资源稀少、价格昂贵、耐中毒性差，因此，人们一直在努力寻找替代品，尽量减少其用量。
2.2非贵金属氧化物催化剂
非贵金属氧化物催化剂主要有钙钛矿型、尖晶石型以及复合氧化物催化剂等，价格相对较低，也表现出很好的催化性能，如钙钛矿型催化剂高温热稳定性较好，尖晶石型催化剂具有优良的低温活性，但其不足之处在于催化活性相对较低，起燃温度较高。
2.3复氧化物催化剂
一般认为，复氧化物之间由于存在结构或电子增刊谭明侠等：VOCs催化燃烧技术385调变等相互作用，活性比相应的单一氧化物要高。主要有以下两大类：(1)钙钛矿型复氧化物。稀土与过渡金属氧化物在一定条件下可以形成具有天然钙钛矿型的复合氧化物，通式为ABO，，其活性明显优于相应的单一氧化物。A为四面体型结构，B为八面体形结构；A和B形成交替立体结构，易于取代而产生晶格缺陷，即催化活性中心位，表面晶格氧提供高活性的氧化中心，从而实现深度氧化反应。常见的有BaCuO：、LaMn03等；(2)尖晶石型复氧化物。作为复氧化物重要的一种结构类型，以AB2X4表示，尖晶石亦具有优良的深度氧化催化活性。如对CO的催化燃烧起燃点落在低温区(约80℃)，对烃类亦在低温区可实现完全氧化。其中研究最为活跃的CuMn：O。尖晶石，对芳烃的活性尤为出色。如使C，H。完全燃烧只需260℃，实现低温催化燃烧，这点具有特别实际意义。
2.4过渡金属氢化物催化剂
作为取代贵金属催化剂，采用氧化性较强的过渡金属氧化物，对CH。等烃类和CO亦具有较高的活性，同时降低了催化剂的成本，常见的有MnOx、CoOx和CuOx等催化剂。大连理工大学研制的含MnO：催化剂，在一定条件下能消除CH，OH蒸气，对C：H。O、C3H60、C6H。蒸气的清除也很有效果。
3.催化剂载体以及负载方式
3.1载体
VOCs净化催化剂的载体主要有两类：一类是球状或片状；---是整体式多孔蜂窝状。金属载体催化剂的优点是导热性能好、机械强度高，缺点是比表面积较小。颗粒状载体的优点是比表面积大，缺点是压降大以及因载体间相互摩擦，造成活性组分磨耗损失。蜂窝陶瓷载体是比较理想的载体型式，它具有很高的比表面，压力降较片粒柱状低，机械强度大，耐磨、耐热冲击。
3.2负载方式
催化剂活性组分可通过下列方式沉积在载体上：(1)电沉积在缠绕或压制的金属载体上；(2)沉积在颗粒状陶瓷材料上；(3)沉积在蜂窝结构的陶瓷材料上。
4.催化剂失活
4.1失活
催化剂在使用过程中随着时间的延长，活性会逐渐下降，直至失活。催化剂失活主要有3种类型：(1)催化剂完全失活。使催化剂失活的毒物包括快速和慢速作用毒物两大类。快速作用毒物主要有P、As等，慢速作用毒物有Pb、zn等。通常情况下，催化剂失活是由于毒物与活性组分化合或熔成合金。对于快速作用毒物来说，即使只有微量，也能使催化剂迅速失活；(2)抑制催化反应。卤素和硫的化合物易与活性中心结合，但这种结合是比较松弛、可逆且暂时性的。当废气中的这类物质被去除后，催化剂活性可以恢复；(3)沉积覆盖活性中心。不饱和化合物的存在导致碳沉积，此外陶瓷粉尘、铁氧化合物及其他颗粒物堵塞活性中心，从而影响催化剂的吸附与解吸能力，导致催化剂活性下降一j。
4.2预防措施
预防催化剂活性衰减，可以采取下列相应的措施：(1)按照操作规程，正确控制反应条件；(2)当催化剂表面结炭时，通过吹人新鲜空气，提高燃烧温度，烧去表面结炭；(3)将废气进行预处理，以除去毒物，防止催化剂中毒；(4)改进催化剂的制备工艺，提高催化剂的耐热性和抗毒能力。
5.催化燃烧工艺流程
根据废气预热方式及富集方式，催化燃烧工艺流程可分为3种。(1)预热式。预热式是催化燃烧的最基本流程形式。有机废气温度在100℃以下，浓度也较低，热量不能自给，因此在进入反应器前需要在预热室加热升温。燃烧净化后气体在热交换器内与未处理废气进行热交换，以回收部分热量。该工艺通常采用煤气或电加热升温至催化反应所需的起燃温度。(2)自身热平衡式。当有机废气排出时温度高于起燃温度(在300℃左右)且有机物含量较高，热交换器回收部分净化气体所产生的热量，在正常操作下能够维持热平衡，无需补充热量，通常只需要在催化燃烧反应器中设置电加热器供起燃时使用。(3)吸附一催化燃烧。当有机废气的流量大、浓度低、温度低，采用催化燃烧需耗大量燃料时，可先采用吸附手段将有机废气吸附于吸附剂上进行浓缩，然后通过热空气吹扫，使有机废气脱附成为高浓度有机废气(可浓缩lO倍以上)，再进行催化燃烧。此时，不需要补充热源，就可维持正常运行引。对于有机废气催化燃烧工艺的选择主要取决于：(1)燃烧过程的放热量，即废气中可燃物的种类和浓度；(2)起燃温度，即有机组分的性质及催化剂活性；(3)热回收率等。当回收热量超过预热所需热量时，可实现自身热平衡运转，无需外界补充热源，这是最经济的。化燃烧的应用
5.1溶剂类污染物的净化处理
主要污染物是三苯(苯、甲苯和二甲苯)、酮类、醇类及其它一些含氧衍生物等。詹建锋纠采用吸附—催化燃烧法治理彩印厂三苯废气，治理前废气浓度为1320mg·m一，治理后浓度小于50mg·m一，达到福建省地方标准DB35/156-93。刘忠生等4J对主要含烃类污染物的石化污水处理场隔油池散发的废气进行处理，采用蜂窝状Pt、Pd和Ce多组分TC79-2H催化剂，对进口总烃体积分数1000～6000pL·L。1进行催化燃烧，可以使总烃去除率达97%以上，净化排气总烃体积分数小于100IxL·L～，无恶臭气味。
5.2含N有机污染物的净化
含N有机污染物(如RNH2、RCONH：等)，大都具有毒性和臭味，必须进行处理。火箭推进剂(CH。)：NNH：是一种易溶于水和有机溶剂、具有强极性和弱碱性的有机化合物，也是一种剧毒物质。采用催化燃烧法处理火箭推进剂(CH，)：NNH：(含量1%，压力0.25MPa，气量500m3·h。)，当催化燃烧温度高于300℃，(CH，)：NNH：废气去除率达99%以上，获得很好的处理效果。
5.3对含硫有机污染物的净化
制药厂、农药厂和化纤厂等在生产中会排出来CH。SH、CH，CH2SH和Cs：等有机硫污染物，对这类污染物的催化氧化，其中的s原子一般氧化成SO：或SO，，在催化剂表面上易产生强吸附，造成催化剂中毒失活。新开发的RS一1型催化剂能使反应过程生成的SO：和sO，几乎100%地释放出来，使连续运行时的活性保持稳定。
6.结论
催化燃烧技术涉及化工、环境工程、催化反应和自动检测控制等领域，在我国仍处于发展阶段。今后的发展方向为：(1)提高催化剂性能。研制具有抗毒能力、大空速、比表面积)大及低起燃点的非贵金属催化剂，以降低造价和使用费用；(2)催化燃烧装置向大型化、整体型和节能型方向发展。